兩顆恆星的最終碰撞即將來臨，我們將目睹什麼樣的奇景？

如果說兩個陌生人在茫茫人海之中相遇並相愛的概率微乎其微，那麼浩瀚宇宙中的兩顆恆星，有多大的可能性相遇然後合并呢？

在剛剛結束不久的美國天文學會上，來自美國加爾文學院（Calvin College）的天文學教授拉里·莫爾納（Larry Molnar）發布了一條令人興奮的消息：在2022年3月左右，銀河系內兩個彼此靠近的低質量恆星即將合并。

這一消息一經公布便引起了公眾的強烈興趣，畢竟，並沒有多少人類有機會在他們的有生之年見證兩個恆星的合并。

這兩顆恆星在哪裡？距離我們有多遠？是什麼力量製造了這場驚天碰撞？這兩個龐然大物的合并過程將持續多少年？恐龍不過是見證了一顆彗星與一顆行星的相遇而已，便幾乎全軍覆沒，那麼五年之後，當這兩顆恆星最終碰撞，我們將會目睹怎樣的奇景？這場碰撞又會對我們的母星地球有何影響呢？

讓我們來細細探究一番，為這場宇宙級別的「相遇」提前做上一點兒功課。

紅點代表了合并的雙星系統位置

1800光年之外：醞釀漫長，合并迅速

你大概已經知道，在我們的銀河系內，有一個天鵝座，這兩顆將要合并的恆星正處於天鵝座內。它們構成了一個被稱為KIC 9832227的恆星雙星系統，距離我們大約1800光年。

早在2015年1月，莫爾納教授等人就在美國天文學會上發布過相關內容，將KIC 9832227認定為一個很有可能正在合并的雙星系統。

他們分析了這一系統1999年-2014年間的數據，發現其周期在持續遞減，遞減趨勢和天蠍座V1309爆發前的周期變化規律非常相似，而天蠍座 V1309內也曾發生過恆星合并事件。在2015-2016年間，莫爾納教授等人利用進一步的觀測數據，對他們之前的推斷進行了驗證，最終確認該系統終有一天將會合并。

不過，銀河系中的恆星多達2000億到4000億顆，有接近1/3的恆星位於雙星或者多星系統之內。雙星系統內的兩顆恆星合并貌似並非罕見之事。

事實果真如此嗎？這就需要我們先了解一下雙星系統的分類了。

我們很容易理解「雙星系統」，即一個系統由兩個天體構成；這兩個天體可以是普通恆星，也可以是密度很大的緻密天體，比如中子星或黑洞。

在天文學上，我們可以依照很多標準對雙星系統進行分類，其中之一便是按照兩個天體之間的距離進行分類。對於「遠距雙星(wide binary)」而言，兩個天體之間相距較遠，幾乎沒有什麼相互影響。兩個天體距離較近的被稱為「密近雙星(close binary)」，天體之間有可能互相影響或傳輸物質。在銀河係為數眾多的雙星系統中，密近雙星只有約4萬對，可以說是非常稀少的。

有一部分密近雙星過於「親密」，甚至產生了接觸，我們於是稱其為「過接雙星(contact binary)」。在一種極端情況下，過接雙星是如此之「親近」，以致於兩個天體共享了同一個外部的氣體包層。通常而言，它們需要幾百萬年或幾十億年的時間，才能達到共享包層的階段，而一旦進入共享包層階段，這兩顆恆星將很快地合并，耗時僅僅數月或數年。相較於共享包層前的漫長歲月，合并的過程如同白駒過隙，這就如同一對戀人經過了馬拉松式的戀愛，在求婚之後便火速完婚了一樣。

我們前文所說的雙星系統KIC 9832227已處於最終的共享包層階段了，按照目前已有的理論估計，這兩顆恆星只需大約5年時間就會合并完成。

（左）：合并前的想像圖；（右）：合并前的數值模擬圖

雙星合并將為我們帶來一顆明亮的新星

根據目前的光譜數據分析，即將合并的兩顆恆星的質量都不超過0.4個太陽質量，屬於我們所了解的最小質量的恆星類別。它們看起來呈紅色，表面溫度約為兩三千攝氏度。從目前的觀測情況來看，兩顆恆星還未合并，它們的視亮度約為12星等，已經完全超出了人類肉眼所能夠看到的最低極限值（6星等），所以我們只能夠藉助望遠鏡進行觀測。（星等是用來衡量天體亮度的單位，星星亮度越高，星等數值就越低；我們在夜晚看到的最明亮的天狼星，大約為0星等。）

這兩顆恆星合并的整個過程將持續幾個星期，相較於它們100億年的壽命而言，這幾周時間仿若一瞬。在這「一瞬間」內，它們的亮度將迅速增加10萬倍，視亮度可達到2星等左右。看起來將和北極星的亮度差不多，僅次於我們在北天看到的最亮的三顆恆星：天狼星（-1星等），織女星（0星等）和心宿二(1星等)。

這一場雙星合并的結局，就是我們的夜空中暫時多了一顆新的亮星，它的顏色依舊偏紅，我們於是稱之為「紅新星」。這顆新星將存在至少100億年，那我們為什麼還要說「暫時」多了一顆新的亮星呢？因為它只會明亮數星期時間，之後就將黯淡下去，藏身於茫茫宇宙我們肉眼所不能及的黑暗之中。

2015年兩個黑洞合并所產生的引力波吸引了全世界的目光，那麼，五年後這兩顆恆星合并是否也會產生引力波呢？答案是肯定的。雙星合并將也會釋放一定能量的引力波，但微乎其微，幾乎可以忽略不計。幾乎所有能量都集中於電磁波段，我們只能依賴於傳統的望遠鏡進行觀測，美國的引力波天文台(LIGO)應該是沒辦法探測到這次合并事件的。

雙星合并為我們帶來了一顆明亮的新星，是否也會同時帶來些許危險呢？如果要預估這一事件對於地球生命的影響，我們就需要知道合并過程釋放的能量到底有多少，以及對於地球大氣等是否會產生什麼影響。兩個天體合并會產生爆發現象，同時釋放大量能量，這一點毋庸置疑，但是釋放出來能量的多少，取決於合并天體的緻密程度。比如，兩個中子星合并會產生所謂的伽馬射線暴，將在約1-2秒內釋放出千倍於超新星能量的巨大能量，併產生極強的伽馬射線——天文學家們已經討論過這類爆發對於地球的影響——如果這類天體在銀河系內或銀河系之外距離不太遠的地方指向我們爆發，地球上的生命定將遭受滅頂之災。然而，我們不必擔心這兩顆小小的恆星合并對地球生命帶來任何影響。相較於其它緻密天體合并，這兩顆恆星合并所釋放出來的能量微乎其微，甚至比一些正常恆星所產生的能量還小，何況它們所產生的能量主要是在光學波段。我們還是安心觀賞那顆美麗的紅新星好了。

站在天蠍座V1309的肩膀上等待新星

可能的「紅新星」麒麟座V838在爆發後演化圖景，由哈勃望遠鏡觀測

從理論角度而言，天文學家始終相信，低質量的雙星合并是誕生稍大質量恆星的搖籃之一。但是，真正的觀測卻只是在最近幾十年當中取得了一些進展，這要歸功於一些大型天文巡天項目的開展和計算機處理能力的提高。在過去數十年中，天文學家多次觀測到了類似的爆發現象，比如爆發於1988年位於大麥哲倫星系中的M31 RV，爆發於1994年位於銀河系之內的人馬座V4332，以及爆發於2002年麒麟座的V838系統——這些爆發很可能代表著合并事件，但我們並不能完全確定。

直到2006年，人類才真正確認了一次雙星合并事件。利克天文台（Lick Observatory）超新星搜尋項目在距地球6000萬光年的M85星系中發現了M85 OT2006-1的爆發，加州大學伯克利分校和加州理工的天文學家隨後進行了詳盡分析，發現這次爆發來源於兩個低質量雙星的合并，不同於之前其它所知道的新星爆發。但因此次爆發前的監測信息不足，所以，我們對於合并之前的雙星系統十分缺乏了解。在這一年，天文學家們根據觀測所得，為雙星合并所形成的新星賦予了一個名字：「亮紅新星（luminous red novae）」。

真正幫助天文學家解開「紅新星」之謎的鑰匙，藏在天蠍座V1309之中。這個系統最早是被中國和日本的天文愛好者發現的，他們隨後將相關信息提交給了國際天文聯合會的天體變源監測組織。然而，天蠍座V1309的詳盡數據來自一個名為Optical Gravitational Lensing Experiment（簡寫為OGLE；光學引力透鏡實驗）的巡天項目。該項目由波蘭華沙大學的天文學家於2001年正式啟動，初衷是對大面積天區進行監測，希望尋找亮度發生變化的天體源，發現引力透鏡現象，從而檢驗一些最初被認為可能構成暗物質的天體，比如黑洞。天蠍座V1309所在的位置剛好處於OGLE的監測天區之內，所以天文學家得到了其在爆發前直至爆發後的、長時間範圍的大量觀測數據。之後的數據分析不僅僅確認了這是一個「紅新星」系統（雙星合并後的系統），還為我們提供了更為重要的信息，即這個雙星系統在合并之前是如何隨時間演化的。正是在天蠍座V1309系統合并前的觀測數據以及建模基礎之上，莫爾納教授等人對KIC 9832227的系統演化做出了判斷，預測這兩顆恆星「親密接觸」並最終合并，將發生在2021年9月-2022年9月間。

還等什麼，快去為即將亮起的紅新星豎起一隻倒計時牌吧！