2018年9月9日，一座自動望遠鏡在夜晚的例行巡天觀測時發現了一顆天體，像是新誕生的恆星。接下來數小時，這顆「恆星」的亮度迅速增加10倍，自動觸發了我開發的異常天體事件辨識軟體，並立即標記下來。當時在美國加州是夜晚，我已睡著，但位在地球另一端的同事迅速反應。12小時之後，我們團隊從地面與太空望遠鏡獲得足夠資訊，確認是在遙遠星系裡發生的恆星爆炸（即超新星）。不過，這並非尋常的超新星事件。

綜合各望遠鏡的觀測結果，我們提出結論：這顆恆星在發光數百萬年後，突然發生驚人的神秘現象──從恆星表面釋出氣體，在周圍形成繭狀結構；數天或一星期後，恆星便爆炸了。這顆恆星爆炸後的殘骸與繭狀結構碰撞，產生異常明亮的短暫閃光。由於此爆炸發生在遙遠星系，發出的光抵達地球約需10億年，昏暗而無法以肉眼觀察，但對天文台來說已足夠明亮。我們搜尋望遠鏡的觀測記錄，在此恆星爆炸前兩星期的資料中，發現了大量氣體釋出的現象，當時亮度只有爆炸時的百分之一。

恆星死亡的方式多到難以想像，而上述現象只是最近幾個新發現之一。舉例來說，有些恆星塌縮、形成超新星後，恆星殘骸仍極度活躍，噴發出的物質噴流以相對論性速度運動。這類能量可以摧毀恆星本身，遠大於一般超新星所產生的；另有一些恆星在一生的最後數天到數年，藉由一連串猛烈的噴發，拋出了大量氣體。這些極端事件似乎不常見，但也代表天文學家對於恆星的成長與死亡仍所知有限。

目前，我和同事檢視了許多不尋常的恆星死亡事件，都不符合以往的假設。我們陸續提出並回答一些基本問題：究竟哪些因素決定恆星的死亡方式？為什麼有些恆星在垂死時會猛烈噴發噴流或爆發，而其他恆星只是單純地爆炸？

死亡就是新生

恆星誕生、成長與死亡的過程是各種作用力相互競爭的結果。在星際氫氣雲中，當向內拉扯的重力勝過向外推離的磁場與氣體粒子的高速運動，就會形成恆星胚胎。當部份氫氣雲塌縮後，恆星胚胎的密度增加20個數量級，溫度則上升數百萬度，氫原子開始碰撞並結合成氦，觸發核融合，一顆新恆星便誕生了。

就像氫氣雲，恆星內部也是戰場：重力不斷使恆星向內塌縮，核融合產生的壓力則不停向外推。恆星的演變取決於溫度，而溫度又與恆星質量有關。恆星越重，可鍛造出的元素越重，內部燃料燃燒越快；最輕的恆星最多只能把氫融合成氦，太陽誕生40多億年，仍在燃燒氫。越重的恆星壽命越短，只有約1000萬年，卻製造出更多元素：氧、碳、氖、氮、鎂、矽，甚至鐵。

恆星的質量也決定了死亡的方式。低於八倍太陽質量的低質量恆星，死亡時相對平靜；當這類恆星的核燃料耗盡後，會把外層拋入太空，形成美麗的行星狀星雲，裸露的恆星核熾熱緻密，稱為白矮星，質量約為太陽的一半，體積僅比地球大一點。

然而，較重恆星的核心溫度高、壓力大，會更加猛暴劇烈地死去。當核融合鏈生成到鐵時，環境變得異常熾熱，鐵原子開始崩解為較小的碎片，使得核融合鏈中止，恆星失去了內部壓力。而重力主導一切，造成核心塌縮，直到原子緊密結合在一起，反向作用的強核力登場，強核力的效應才變得明顯。此時，未燒盡的核心成為奇特的中子星，是一種主要由中子組成的緻密天體。如果恆星質量夠大，例如高於20倍太陽質量，重力甚至可以勝過強核力，使中子星進一步塌縮成黑洞。無論是哪種方式，當恆星核心塌縮時所釋出的部份能量，會產生極明亮的爆炸並把外層拋入太空，光芒在數天內會掩蓋過該星系中其他恆星。

人類用肉眼觀察超新星已數千年。1572年，丹麥天文學家第谷（Tycho Brahe）注意到仙后座有顆新星和金星一樣亮，並且維持該亮度長達數個月。第谷在記錄中寫道，他非常震驚，不禁懷疑自己的眼睛。今天，該爆炸遺留的碎片依然可見，稱為「第谷超新星殘骸」。

超新星必須夠亮，我們才能以肉眼觀看，例如銀河系裡的第谷超新星或在衛星星系誕生的超新星，但這類情況極為罕見。儘管我衷心期盼目睹超新星誕生，但若沒借助望遠鏡，可能一輩子也無緣看見。近百年來，天文學家開始運用望遠鏡往銀河系外尋找超新星：重複觀測同一組星系並尋找稱為「瞬變」的現象。現在，望遠鏡完全自動化，並配備現代相機，每年都能發現數千顆超新星。

死亡前兆

1960年代發現了γ射線爆發（GRB），是某些恆星以極端方式死亡的早期訊號；顧名思義，GRB指的是這類恆星會發出強烈明亮的γ射線。天文學家認為，當大質量恆星塌縮成中子星或黑洞時，新生的緻密天體會從核心噴發出束狀物質噴流，成功穿過散佈的恆星殘骸。當噴流恰好指向地球時，便可偵測到這樣的猛暴事件。

產生這種噴流的原因為何？基本圖像如下：當一顆普通恆星耗盡燃料死亡時，結局是核心塌縮成中子星或黑洞。但GRB發生時，死去的恆星仍保持活躍，這可能是新生黑洞從周圍的物質盤吸收質量，並在過程中釋出能量；或者是剛誕生的中子星快速自轉，卻因強大磁場造成煞車作用而減速，並釋出能量。無論是哪種方式，這種「中央引擎」汲取了能量，匯聚成極熱的電漿噴流，自恆星中心穿過墜落的物質，釋出明亮γ射線。

這類噴流穿過恆星而使其爆炸，形成Ic-BL型超新星，釋出的能量比普通超新星大10倍。當噴流衝撞周圍的氣體和塵埃時，發出的輻射波長涵蓋所有電磁波段，稱為餘輝（afterglow）。餘輝很難偵測，雖然比典型超新星亮1000倍，但發光的時間是典型超新星的1%，從出現到消逝只有短短數小時。當衛星發現GRB，天文學家立刻把望遠鏡對準通報的爆發位置，才有機會偵測到餘輝。

但是，只等待衛星發現GRB訊號，限制了可偵測的現象種類。GRB由許多因素造成：必須產生噴流、噴流穿透恆星、然後指向地球。事實上，GRB極不可能發生：噴流的運動速率必須是光速的99.995%，否則釋出的γ射線光子無法逃逸（亦即不透光）。但要達到這樣的速度，噴流穿透恆星時必須不撞擊恆星物質。如果多數噴流確實因撞擊恆星物質而減速，天文學家是否只能看到少部份穿透恆星的噴流呢？換句話說，GRB或許只是罕見狀況：超高速噴流未撞擊到太多物質而成功逃脫恆星。如果真是如此，γ射線衛星根本不能觀測到多數恆星的極端死亡事件。

在我的論文中，我希望不用衛星便能尋找餘暉。我計畫運用加州帕洛瑪天文台的自動望遠鏡「茲威基瞬變設備」（Zwicky Transient Facility），巡天搜尋發光時間極短暫的明亮光源，並迅速進行觀測。2018年5月，當我提出論文計畫時，幾位指導教授提出警告，我可能無法看到我想觀測的現象。他們敦促我保持開放態度，新的調查方法可能浮現。沒想到一個月後，事情便發生了。兩年後，當我畢業時，我的論文與最初設立的計畫完全不同。

當我展開研究工作時，寫了一個程式，希望尋找比一般超新星亮度變化更快的天體。一天之內，我需檢查10~100個可能事件，通常都不是我想觀測的天體，但在某些日子，我會看到必須詳細檢視的事件。

2018年6月，我看到一份來自「小行星天體衝擊最後警報系統」（ATLAS）的自動望遠鏡觀測報告，描述一起名為AT2018cow的奇怪事件。AT代表「天文瞬變」，2018是發現年份，而cow代表此事件的獨特字串，所有新的瞬變事件都會根據這個規則命名。接下來幾天，有報?指出該事件與GRB相似，但尚未偵測到γ射線的跡象。我想：「啊哈，就是它了！」由於AT2018cow相當明亮，而且與地球相隔不遠，天文學界對該天體的興趣相當濃厚，也透過整個電磁波段加以觀測。我立即決定運用位在夏威夷的「次毫米波陣列」（SMA）電波望遠鏡觀測AT2018cow。

盲人摸象

AT2018cow幾乎讓所有人驚訝，它與之前的任何恆星爆炸事件大為不同。天文學家就像經典寓言「盲人摸象」裡的盲人，試圖在黑暗中識別大象。摸到鼻子的人說像條大水管，摸到耳朵的人認為像把扇子，而摸到象腿的人宣稱像棵大樹。AT2018cow與幾種類別的現象有相同特徵，科學家卻難以完整描繪出確切圖像。

我和團隊成員日夜反覆檢視觀測資料，試圖解釋這些數據：有時在黑板上計算震波的特性；有時高舉著剛出爐的論文，在走廊上奔跑；每當收到漂亮的最新量測結果時，同事間更驚訝相視。這些生活點滴是我就讀研究所時最珍貴的回憶。最後，我們得出結論，AT2018cow有兩項特點：第一是中央引擎，效應就像GRB，但持續達數星期，而非典型的數天；從爆炸中心發出的X射線，維持得比預期久。第二是氣體和塵埃會像繭，包覆爆炸的恆星，質量約為太陽質量的千分之一。間接觀測證據顯示：當恆星爆炸時，可觀測到一陣閃光與無線電波，似乎代表恆星殘骸撞擊周遭物質。觀測其他類型的恆星爆炸時也看到這種繭，但並不了解這種繭的來源，推論可能是恆星爆炸前不久拋出的物質。

假如此理論正確，則是天文學家第一次目睹中子星或黑洞這類緻密天體誕生；一般而言，恆星爆炸的碎屑會完全遮蔽中心殘骸，但以AT2018cow為例，我們認為確實看到緻密天體發生驚人現象並發出明亮X射線。即使如此，仍有許多問題待解決：什麼類型的恆星爆炸造成此事件？它的中央引擎是中子星或黑洞？為何恆星在爆炸前不久便拋出物質？我們的研究若要有所進展，必須找到類似事件，我和同事便運用茲威基瞬變設備尋找另一起AT2018cow......