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恒星 宇宙奇觀——蟹狀星云

1054年，中國的天文學家記載了一顆意料之外的星星，他們稱之為“客星”。它看起來像是突然出現在天空中的某處，并且在長達一個月的時間里，人們都可以在白天看到這顆星星。之后，它漸漸暗淡，大約兩年后徹底消失。宋代的司天監們忠實地記載了這段觀測記錄：“至和元年五月，晨出東方，守天關，晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。”（《宋會要》）
1758年，法國天文學家梅西耶通過望遠鏡在金牛座的牛角尖（天關星）附近，發現了一個小小的云霧狀白斑，他把這個星云記載下來，這就是M1。1845年，英國天文學家羅斯伯爵花費10年艱辛勞動和3萬英鎊巨資，建成了一架口徑1.8米的反射望遠鏡，并連續多年對M1進行觀測，還給它取名“蟹狀星云”。1920年代，哈勃發現星空里的這只“螃蟹”正在長大。根據其膨脹速度可以推斷出蟹狀星云應該來自于900年前的一次超新星爆發——1054年天關客星。
宋代的天文官員并不知道發生了什么事情，而千年后的我們知道這是一次超新星爆炸。現代天文學家們還找到了那次超新星爆炸事件的遺跡——位于金牛座的蟹狀星云。
那么超新星爆炸是怎么一回事呢？
超新星爆炸開始于紅超巨星的中心形成的致密鐵核。由于無法抵抗引力的作用，該核心會在不到一秒的時間內以接近1/4光速的速度迅速坍縮，而這一過程會同時向外以幾乎相同的速度發出沖擊波，將恒星的外殼撕裂并爆炸開來。爆炸的力量使得一些原子撞入別的原子中，形成了比鐵還要重的元素。超新星將此前由核聚變產生的元素以及在爆炸中產生的元素統統送入星際空間，這使得分子云中的元素變得更加豐富，之后這些元素便會成為新形成的恒星和行星的一部分。
蟹狀星云與地球的距離是6500光年，也就是說，那次超新星實際上爆發于7400多年前，那時的地球生命對這一震徹寰宇的恒星爆炸不會有任何覺察。超新星的光芒長途跋涉了6500光年的空間，才出現在宋代人的眼里。
那么我們為什么要研究蟹狀星云呢？因為它給我們展示了大質量恒星的演化圖景。從1054年天關客星到蟹狀星云，再到它中央的脈沖星，超新星爆發及其結局有了一個完美的樣品，清晰而可信。2016年7月，NASA發布哈勃太空望遠鏡拍攝的一張蟹狀星云中心的照片，漣漪的中央就是那顆每秒旋轉30圈的中子星，那是蟹狀星云急速跳動的心臟。在它的推動下，蟹狀星云發出了10萬倍于太陽的輻射。
如今蟹狀星云的氣體仍在以每小時1500千米的速度從爆炸處向外擴散。作為巨大恒星的垂死掙扎，一次超新星爆炸綻放出的光芒相當于100億個太陽，釋放出的能量比它一生中所釋放的所有能量加起來還要多。
本文由中國人民大學附屬中學第二分校一級教師王和意進行科學性把關。
新華網科普事業部
【 恒星|宇宙奇觀——蟹狀星云】科普中國-科學原理一點通

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