1572年第谷超新星是如何为人类理解宇宙铺平道路的

1572 年11 月11 日夜,第谷(1546—1601 年)发现了一颗新星,即“第谷超新星”。“我的结论是,天空中的光亮不是某种彗星,也不是一颗炽热的流星……而是一颗在天空中闪耀的恒星,在我们这个时代之前,在世界诞生以来的任何时代,从来没有人见过它。”-第谷·布拉赫

回想一下,我们在天空中用肉眼都看到过哪些天文现象,除了太阳系内的彗星和地球上流星的大气现象,我们很难看到宇宙天体的诞生和消亡,所以古人一直认为星星是永恒不变的,故称之为恒星。但几个世纪前的一次偶然事件使人们得出了一个惊人的结论,那就是天空中的星星也不是亘古不变的。这个现在我们看来理所当然的事情,但是在古代这个发现不啻一颗思想炸弹!对人类的科学史产生了深远的影响。

所以我们今天就回顾历史,回到16世纪中期。看一下1572年出现的“新星”是如何为我们真正开始理解宇宙铺平道路的?

迄今为止,在人类历史上天空中所知的每一颗恒星的位置、亮度和颜色,包括肉眼可见的所有星云都没有发生过任何改变。只有月球和五颗行星(水星、金星、火星、木星和土星)在固定的恒星和宇宙空间背景下,随着时间的推移位置再发生变化。

当时五大行星在夜空中的位置的变化,以及日食、月食、彗星的轨道和外观,是天文学家主要研究的对象。值得一提的是,1543年5月24日哥白尼死后发表的日心说取代了已有一千多年历史的托勒密地心学说。

在1572年11月6日的晚上,西半球的夜空中发生了一个以前从未有过的现象:一颗新星突然出现了!

它不仅出现在11月6日,而且在以后的日子里一直在持续变亮,最终亮度超过了天空中所有其他恒星和行星,甚至在白天也能看见,然后经过两年的时间,才从视野中消失。第谷·布拉赫,史上最伟大的裸眼天文学家,在第一个晚上就注意到了天空中的变化。回首往事,他说道:

根据习惯,我在晴朗的夜晚凝视夜空,突然在仙后座附近注意到了一颗不寻常的光亮,它的光辉超越了其他的星星。那个位置以前从来没有出现过星星。

后来第谷发现的这颗星星被称为 Stella Nova ,拉丁语中的新星。

在第谷超新星首次出现的四个世纪后,也就是1952年,我们用望远镜又重新观测到了第谷超新星。

1952年当我们用射电望远镜巡视天空时,我们发现的是一颗早在四个世纪前就变成超新星的恒星的残骸。

在远红外线下,恒星死亡向外喷发的气体云仍然可见,气体云大约在40开尔文的温度下发出红外光。在许多超新星爆炸中,核心会坍缩成中子星或黑洞,并能喷发高能射线,例如:x射线年观察到第谷超新星并不是核心坍缩(或II型)超新星而是1a型超新星。1a型超新星爆发是由,一颗白矮星吸收并积累了足够的物质,以至于它退化的核心无法抵抗重力,开始坍缩,瞬间引发失控的核聚变反应,然后发生爆炸摧毁了整个恒星!恒心中心没有坍塌的物体,只有散落在周围空间的高能物质云。下图

x射线成像也发现了周围空间的高温气体,而光谱成像为我们证实了1a型超新星爆发后生成大量重元素。甚至在爆发残骸中也有宇宙中最高的能量辐射伽马射线的存在。

我们知道白矮星十分稳定并不会“变成超新星”,除非随着时间的推移,它们的质量会增加。所以我们认为1572年超新星爆发的时候,这颗白矮星可能有一颗伴星,白矮星吸收了伴星的物质导致了质量的迅速增加,才引发了爆炸。目前我们已经能够准确定位第谷超新星爆炸中心的位置以及这颗奉献物质的伴星。下图

钱德拉X光天文台和哈勃望远镜在超新星残骸中发现了这颗和我们太阳一样的G级恒星。几百年前,这颗G级恒星的质量很被吸走并转移到密度更大的白矮伴星上,白矮星最终积累了足够的质量,一颗超新星就随之诞生了!

自1572年超新星爆炸以来,这颗G级恒星由于受到巨大的爆炸冲击在观测图像中已经偏离中心6.6公分(约1500度),相对于我们的速度是136千米/秒,大约是它周围所有其他恒星运动速度的三倍。

自1572年第谷超新星爆炸后,遗留下来了一个由重元素、气体和尘埃组成的不断膨胀的球体,这一爆炸遗迹永远地改变着我们对宇宙的理解。下图

再过几千年,爆炸迹象所发出的辐射将在所有波长上变得不可见,最终散落在宇宙中的这些尘埃云将会重新组合形成未来的恒星和行星。

第谷超新星爆发后光以球形向外扩散,光线会受到周围星际介质和尘埃云的反射,只要有足够的尘埃以合适的距离和角度反射光线。这些“反射光线”的一部分会偶尔传播到地球上,让我们在未来可以一遍又一遍地观察这颗超新星。

如果不是因为1572年的超新星以及稍晚一点1604年的最后一颗肉眼可见的超新星,可能要等很长、很长一段时间,我们人类才会发现天空中的恒星原来也会生老病死,超新星的发现导致了第谷在1588年他发表了《论新天象》对亚里士多德的水晶球体系发起了挑战!

宇宙在人类历史上一直都是这样的看起来更古不变,但在1572年的那个晚上,它给了我们一些暗示,导致了我们人类对宇宙的理解发生了永久性的改变。

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