恆星真的會相撞！350年前奇葩新星身世之謎揭曉

在一個星系中，存在數千億恆星，有些地方雖然看上去很密集，但事實上它們相距甚遠，很難碰在一起；雖然絕大多數恆星距離非常遙遠，但也不排除極其偶然的機會讓它們相互靠近並撞在一起——正著說反著說都對！當兩個恆星相撞時會產生一次非常壯觀的爆炸，其結果可能是誕生一個新的恆星，或者是中子星。理論上講，這是有可能發生的，但是恐怕誰也沒有真正確認過。（2017年觀測到由兩個中子併合所產生的引力波，然而中子星通常並不被認為是「恆星」。詳見宇宙大事件！首次發現雙中子星併合 天文學翻開新篇章）不過，近期天文學家利用射電望遠鏡陣列獲得了一項新的觀測證據，似乎將350年前的一次天象的原因指向了這種罕見的恆星碰撞事件。

赫維留斯星圖中的1670年新星，雖然畫面主要呈現的是天鵝座，事實上這顆新星位於旁邊的狐狸座內。（來源：Wikipedia）

1670年（清康熙九年）6月20日，在狐狸座內（距離天鵝座輦道增七不遠）出現一顆3等恆星，被法國基督教牧師兼天文學家安特姆·沃圖哈特（Anthelme Voituret）發現，5天後，被另一位波蘭天文學家約翰·赫維留斯（Johannes Hevelius）獨立發現並標註在星圖中。隨後，這顆星星漸漸淡去，但不曾想1671年3月又一次爆發，亮度達到2.6等，包括赫維留斯、卡西尼在內的許多天文學家都有過長達數月的觀測記錄。直到1672年的春天，它才終於淡出了人們的視線。由於這是一顆從未見到、星圖上並不存在的星星，因此當時將其命名為「1670年狐狸座新星」（Nova Vulpeculae 1670），現在的正式編號為 CK Vul（即狐狸座CK）。二十世紀的天文學家建立起了恆星演化模型，科學描述了新星的發生機制，所謂的「新星」事實上是年老恆星臨終前的閃耀，或是兩個密近雙星物質交換爆炸所產生。然而1670年狐狸座新星似乎並不符合這個模型。謎團直到今天才終於有可能被徹底揭開。

C.ulculule的合成圖像，雙星碰撞的遺骸。這種撞擊將放射性分子發射到太空中，正如在中心的橙色雙葉結構中所見。這是一個ALMA圖像的27氟化鋁，但罕見的各向同性版本的AIF駐留在同一地區。紅色的漫反射圖像是該地區更廣泛的塵埃的阿爾瑪圖像。藍色是雙子座天文台的光學數據。（來源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Kamiński; Gemini, NOAO/AURA/NSF; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton）

一個國際天文研究小組使用位於智利沙漠的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA，Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array）北方擴展毫米陣列干涉儀（NOEMA，NOrthern Extended Millimeter Array）仔細研究了這個歷史上著名的新星，發現了一項頗具說服力的證據，終於揭開了它的身世之謎。觀測表明，距離我們約2000光年的 CK Vul 中存在極為清晰的放射性同位素26Al（即擁有13個質子和13個中子的鋁）原子與F（氟）原子結合成為26AlF（一氟化鋁）的射電信號。不穩定同位素有著多餘的核能，會最終衰變為穩定的不具放射性的同位素，鋁有24種同位素，其中只有一種是穩定的，26Al會衰變為26Mg（12個質子和14個中子的鎂）。這是第一次在太陽系以外的地方探測到不穩定放射性同位素的分子。

CK Vul 殘骸中發現放射性同位素分子藝術畫。背景照片藍色部分為可見光，由GEMINI望遠鏡拍攝，黃色部分為射電波段，由SMA望遠鏡數據繪製，紅色部分為觀測到的分子輻射，由APEX和SMA望遠鏡觀測數據繪製。（來源：ESO/L. Cal?ada）

光譜就像是恆星的DNA，隱藏著每個恆星特有的物理和化學性質。各種原子和分子的光譜不僅僅只是可見光的部分，而是覆蓋了整個電磁波譜。當某一種分子在太空中旋轉或翻滾的時候，就會釋放出特定的毫米波長的電磁波，在恆星的光譜中留下特殊印記，這種輻射叫做轉動躍遷（rotational transition）。天文學家認為這種特性恰巧給我們創造了一條鑒定星際分子的「黃金標準」。通常地面實驗室里會記錄下特徵分子的譜線數據，作為對照的樣本。然而這種辦法在26Al身上卻並不管用，因為地球上是不存在26Al的。因此，來自德國卡塞爾大學的實驗物理學家使用穩定且豐富的27AlF分子推導出26AlF分子的特徵譜線。這種被稱為「鄧納姆方法」（ Dunham approach）的推導可以幫助研究人員精確地計算26AlF的轉動躍遷頻率，其精度是遠超觀測天文學家需求的。就這樣，只有在罕見天體事件中產生的26AlF分子譜線得到了確認，有關 CK Vul 的離奇身世也呼之欲出。

兩顆距離很近的相互繞轉的恆星最終纏繞在一起，發生爆炸，合併成一顆新的恆星。由於併合過程能量巨大，有著充分的交換，核反應創造出了大量的同位素，並伴隨著劇烈的爆炸從恆星內部溢出；同時，爆炸產生的光芒也讓恆星的亮度瞬間增加數千倍，映在天球上成為一個「新」星。打一個可能讓一部分人感到不適的比方——我們觀測到的26AlF分子事實上就是恆星內臟。（請原諒我）

兩顆恆星碰撞的藝術想像畫，畫家顯示了其中一顆紅巨星的內部結構，一個薄薄的一層26Al包裹在氦核外。（來源：NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello）

研究人員推測出原先的兩個恆星質量相對較低，其中一顆應該是紅巨星，質量介於0.8~2.5倍太陽質量之間，而釋放出的26Al的總量僅相當於冥王星質量的1/4。據稱，目前在整個銀河系範圍內找到總量相當於3個太陽的26Al，但此前都是在γ射線波段獲得的信息，並沒有鎖定任何來源，這是第一次直接觀測到了26Al的生產者，因此毫無疑問這項發現具有非常重要的里程碑意義。然而，ALMA和NOEMA兩大射電望遠鏡陣列也都只能檢測出與氟原子結合後的26Al的量，說不定這個爆發於1670年的狐狸座新星產生的26Al遠比觀測到的多。而且，受制於我們的技術能力，還有更多的恆星併合事件沒有被發現，甚至可能低估了整個銀河系的恆星併合率。遠方還有更大的謎團等待著我們。

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