天文学家解开1181年“客星”之谜，800年悬案终获解

哈勃太空望远镜所见的蟹状星云。图片来源：uux.cn/NASA/哈勃遗产

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：大多数以爆炸结束生命的恒星，都是以压倒性的终结性结束的。它们自我撕裂，残骸散落在太空中，形成厚重纠结的云朵，天文学家常将其比作花椰菜。这些超新星遗迹混乱、翻腾且无可置疑。然而，天空中有一个天体早已违背了这一熟悉的形象。这块被称为Pa 30的遗迹看起来不像宇宙碎片，更像是一块冰冻的烟花，长而直的丝状物从一点向外射出，仿佛时间本身在耀眼爆发中暂停。

多年来，这种奇异的现象一直困扰着天文学家。Pa 30似乎与1181年中日观察者记录的神秘“客星”位置相符，但其结构却难以理解。一颗与历史观测有关的超新星怎么会看起来和其他所有恒星尸体都大不相同？由雪城大学的埃里克·考夫林提出的答案表明，宾夕法尼亚30号核心的恒星并未以恒星预期的方式死亡。它试图爆炸，却在表演中途失误，在那失败中创造了完全不同的东西。

要理解Pa 30，首先必须明白白矮星爆炸时通常会发生什么。在典型的Ia型超新星中，核燃烧在恒星中迅速蔓延，并转变为超音速爆炸。结果是彻底的毁灭。白矮星被彻底摧毁，只留下不断扩展的残骸壳。这些事件如此详尽，以至于没有一颗中心明星幸存下来讲述故事。

《宾夕法尼亚30》讲述了不同的故事。在这种情况下，白矮星表面附近的核燃烧从未实现那个关键的全面爆炸。爆炸开始了，但在完成任务前便消散了。这颗恒星没有自我毁灭，而是坚持了下来。在宾夕法尼亚30号中心，矗立着一颗超大质量白矮星，虽然因一次失败的爆炸而留下疤痕，但仍然完好无损。

这种不完全的毁灭使Pa 30被归入一个被称为Iax型超新星的独立类别。这些事件虽罕见，但天文学家越来越多地将其视为真正的子类，而非奇怪的错误。它们代表试图爆炸但仅部分成功的恒星，留下了意想不到的幸存者。

生存并不意味着宁静。Pa 30遗留的白矮星在失败的死亡后并未沉默。相反，它释放出极其快速的风，以大约每秒15,000公里的速度向外冲刺。这风可不是普通的星风。它密度高，富含在短暂且未完成的核燃烧爆发中锻造的重元素。

当这股强风涌入太空时，撞击着周围的气体。这次遭遇在两种截然不同的物质之间划出了明显的界限：强烈且快速流动的风和本已占据该地区的较轻气体。在这个界面，条件已经为一个基本物理学的主导条件做好了准备，这个物理学决定了流体在密度与运动冲突时的行为。

导致Pa 30奇异美丽的物理现象被称为雷利-泰勒不稳定性。当较重的流体与较轻的流体相推时，就会发生这种情况。结果不是平滑的边界，而是向前穿透的指状羽流生长。在地球上，这种不稳定性产生了爆炸中常见的蘑菇形状，包括核试验中上升柱状的现象。在太空中，它能将气体和等离子体塑造成复杂的形态。

在Pa 30中，这些羽流变成了从残余中心辐射出的长而直的丝状体。它们像是烟花棒上的冰冻轨迹，每一根都沿着沉重物质向外冲出的路径，冲向更明亮的环境。然而，仅凭这一点并不能解释为什么Pa 30看起来如此干净整洁。在大多数超新星遗迹中，这些初始指状物并未完整保存。

通常，雷利–泰勒不稳定性之后紧接着另一个过程。这种不稳定性导致手指卷曲、扭曲、撕裂，将材料混合成混乱的细丝。这也是大多数超新星残骸失去早期对称性并退化成湍流云的原因。由于这种混合，烟雾会卷曲、切割和混合，恒星碎片的表现也类似。

Pa 30逃脱这一命运，原因简单却强大。幸存白矮星发射的风远比周围气体密集。这种对比如此极端，以至于第二次不稳定未能站稳脚跟。没有它，手指永远不会被撕裂。相反，这些山脉继续向外延伸，持续受到中心密集的风力的滋养。随着时间推移，这一工艺保留了长丝，锁定了使Pa 30异常的烟花状外观。

考夫林的作品不仅依赖想象力。他的论文包含模拟，表明高密度对比自然会产生与Pa 30中所见结构的完全相同。当重物质保持主导时，丝状物会生长并持续存在，而非溶解成混沌。

有趣的是，这项研究与1962年“金鱼”核试验的解密照片产生了意外的相似之处。爆炸后最初的几秒钟，会出现类似的丝状图案，短暂地沿着直指描绘，随后演变成花椰菜状的形状。关键区别在于喂食时间和喂食方式。在核试验中，结构很快被湍流取代。在宾夕法尼亚30年，浓密的风持续滋养这些丝状结构，使其能够生长而非崩溃成混乱。

这种比较强调了其基础物理学的普遍性。无论是在地球大气层还是深空，物质在极端条件下的行为都遵循相同的规则。Pa 30是宇宙尺度的原则展示，这些原则也可在人类历史中一窥。

像Pa 30这样的Iax型超新星已不再被视为单纯的奇观。它们代表了恒星演化的一个有意义的结果，即爆炸是停滞而非完成的。考夫林怀疑宾夕法尼亚30号可能并非独一无二。类似的丝状结构也可能出现在其他天体物理环境中，当密集风与较轻物质碰撞时。

其中一种可能性是潮汐扰动事件，即黑洞撕裂恒星。在这些环境中，强力流出和显著的密度对比可能再次为长寿命丝线奠定基础。因此，Pa 30不仅成为历史遗迹的单一解释，更是理解极端宇宙事件中结构形成的模板。

Pa 30在天文学中占据着罕见的位置。这是少数几个现代建模可以直接与历史观测相结合的深空事件之一。1181年的“客串星”，曾是古代记录中的一笔短暂记录，如今已成为恒星行为的详细案例研究。曾经只是天空中一个无法解释的亮点，如今被理解为一颗未能完全自我毁灭的恒星可见的痕迹。

这种联系连接了数百年的人类好奇心。观察者早已看到天空中出现了新事物，却未察觉复杂的物理规律正在展开。如今，科学家们能够重建那一刻，不仅揭示了爆炸，还发现了一场未完成的爆炸，留下了幸存者和持久的痕迹。

《Pa 30》重要之处在于它扩展了恒星如何死亡的故事。它表明恒星死亡并非总是绝对的，失败同样具有信息价值。通过解释Pa 30独特的丝状结构，研究人员揭示了爆炸与生存之间的一条路径，这条路径由密度、运动和不稳定性决定，而非单纯的毁灭。

这项工作还展示了观察、模拟和历史背景结合的力量。天空中一个令人困惑的形状、古老的“客星”记录、现代计算模型，甚至核试验的类比，都汇聚在一起讲述了一个连贯的故事。Pa 30提醒我们，宇宙并不总是符合我们整齐的分类。有时，一颗恒星死去时，伴随着复杂的呜咽而非干净利落的爆炸，留下意想不到的美丽和对塑造宇宙力量的更深理解。