慢鏡頭下的視覺沖擊

想象一下，有一場“慢動作煙花”從170年前就開始在空中綻開，直到如今仍然在繼續向外擴張，當然，這種類型的煙花并不會射進地球大氣層，而是由一顆質量極大的恒星爆發射入太空中的。

這顆超大質量恒星（super-massive star）名為“海山二”（Eta Carinae，又名船底座η），是迄今為止已知的雙星系統（double-star system）中最大的恒星，距離我們7500光年之遠。美國航空航天局（NASA）哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）拍下了一張新圖片（其中包括了人眼不可見的紫外線），圖片中這顆巨大恒星發出了紅、白、藍三種顏色的高溫氣體，視覺上壯麗又旖旎，仿若花朵般綻放的煙火。

哈勃空間望遠鏡拍攝下了這顆碩大無朋、驚艷四座的恒星海山二，它綻開“花火”的圖像正給我們帶來一系列新的驚喜。包括哈勃望遠鏡在內，已經有許多望遠鏡對這顆超大質量恒星進行了監測，時間跨度長達二十多年。這顆恒星是已知雙星系統中最大的成員，一直以來都是個暴脾氣，一直容易突然“暴走”。例如，19世紀40年代就有過一次爆發事件，期間爆炸噴射出的氣體和塵埃形成了如圖所示的兩極“氣泡”。而現在，哈勃望遠鏡的第三代廣域照相機在紫外線下對爆炸形成的星云進行了探測，天文學家進而發現了高溫氣體（圖中藍色部分）中嵌入的鎂光，在之前的探測中則并沒有發現這一點。爆炸塵埃形成了兩極氣泡，外部沖擊加熱則帶來了富含氮氣的外圍絲狀物（圖中紅色部分），在這兩者之間，就存在發光的鎂。在兩極氣泡左下葉外側的藍色區域中，有一些非常顯眼的可見的光帶，當恒星自身的光線刺破塵埃團塊形成的氣泡表面時，就會發生散射形成這些光帶。無論紫外線照射到密集灰塵上的何處，它都會留下一個細長的陰影，從塵埃氣泡一直延伸到外圍的氣體之中。海山二距離我們有7500光年之遠。

版權：NASA、歐洲空間局（ESA）、內森?史密斯（亞利桑那大學）以及喬恩?莫爾斯（勇往直前研究所）

海山二的爆發形成了一對啞鈴般的兩極團狀物，由海山二噴射出的塵埃、氣體和其他絲狀物構成。早期的時候，這顆恒星的質量可能超過了150倍的太陽質量。幾十年來，天文學家一直在猜測，這顆超大質量恒星或許正處于完全毀滅的邊緣。

這場太空“煙花”的爆發從19世紀40年代就開始了，海山二在那時經歷了一場極為動蕩的“大爆發”（Great Eruption），讓它二十多年來一直都是第二亮的星，在1844年的時候，它的亮度達到了頂峰，僅次于天狼星（Sirius，也叫做大犬座 α 星），而天狼星距離地球比海山二近了上千倍，以至于有一段時間南海的航海員將它作為重要導航星。

然而，自那次大爆發以來，這顆恒星已經漸漸褪去了原有的光輝，如今我們用肉眼幾乎看不到它了。但這場大型“煙花表演”還沒有結束，因為海山二還是在毀滅的邊緣存活了下來。在過去的25年里，天文學家幾乎用盡了哈勃望遠鏡上所有的探測儀器，來研究這顆鬧騰的恒星。

19世紀中葉，航行在南部海域的水手們的夜間駕駛全靠船底座（Carina）中一顆璀璨的明星來指引方向。這顆名為海山二的恒星在十多年來一直都是天空中第二亮的恒星。當時的那些水手們大概很難想象，到了19世紀60年代中期，這顆耀眼的星體就變得肉眼不再可見了：在一場名為“大爆發”的猛烈爆炸中，海山二籠罩在了一團密集的塵埃之中。

視頻來源：NASA戈達德航天中心（Goddard Space Flight Center）

哈勃望遠鏡的第三代廣域照相機（Wide Field Camera 3，WFC3）拍出了紫外光下嵌入高溫氣體中的鎂光（圖中以藍色顯示），這一新的發現令天文學家非常驚訝，在以往拍攝的圖片中從未出現過。

科學家早就知道的是，19世紀40年代“大爆發”后，外層被噴射出的物質墜入了這顆注定要走向毀滅的恒星之前拋射出的物質中，之后又被激波加熱。研究團隊曾預計，在新拍攝的圖像中能在結構同樣復雜的絲狀陣列里發現來自鎂元素的光，也就是發光氮（圖中以紅色顯示）中的那些絲狀陣列。但出乎意料的是，在噴射出的兩極氣泡與外部沖擊加熱形成的富氮絲狀物之間，發現了一種全新的發光鎂結構。

“我們發現了‘大爆發’期間噴射出的大量高溫氣體，但這些氣體目前還沒與海山二周圍的其他物質發生碰撞，” 哈勃計劃的調查員內森?史密斯（Nathan Smith）解釋說，“大部分的物質噴發都位于我們一開始預計會是空腔的地方。這種意料之外的物質噴發速度極快，并且就一場總能量已經很高的恒星爆炸來說，它的速度又有了進一步提升。” 史密斯來自亞利桑那州圖森的亞利桑那大學（University of Arizona）斯特爾德天文臺（Steward Observatory）。

在這一次的圖片中，新發現的氣體對于了解“大爆發”的形成至關重要，因為它代表了可能被海山二噴射出的快速、高能的物質，在啞鈴狀的兩極氣泡形成之前不久這些物質就被星體驅逐了出來。天文學家還需要進行更多的觀測，以準確測量這些氣體和塵埃的移動速度和噴射時間。

在兩極氣泡左下葉的外側，有一片藍色的區域，其中的可見光帶在圖像中非常顯眼。當恒星自身的光線刺破塵埃團塊形成的氣泡表面時，就會發生散射形成這些光帶。無論紫外線照射到密集灰塵上的何處，它都會留下一個細長的陰影，從塵埃氣泡一直延伸到外圍的氣體之中。紐約勇往直前研究所（BoldlyGo Institute）的團隊成員喬恩?莫爾斯（Jon Morse）指出：“這種光與影的交織讓人聯想起陽光照射到云層邊緣時我們在大氣中看到的陽光光束，盡管海山二產生這種光的物理機制并不相同。”

研究人員表示，這種在紫外線下尋找高溫氣體的技術也可用于研究其他的恒星和氣態星云。

“幾十年來，我們一直都在借助哈勃望遠鏡研究可見光和紅外光下的海山二，記錄它動蕩的爆發期噴射出的氣體和塵埃，也一直認為我們的相關記錄已經相當全面。但是，這次紫外光下拍攝的新圖像看起來與以往大不相同，相比此前可見光和紅外光下的圖像，在沒有發現物質的地方顯現了意料之外的氣體。”史密斯說道，“像原恒星（protostar）和其他瀕臨毀滅的垂死恒星，它們也能噴射出各種氣體和塵埃，其中也可能隱藏了迄今我們沒能觀察到的氣體，而這次在紫外光下發現的鎂光射出就能揭示這些氣體的存在，這一點著實令人振奮。現在只有哈勃望遠鏡能拍到這些照片。”

海山二有著悠久的動蕩歷史，極其容易發生七顛八倒的爆炸噴發，像星際中的間歇噴泉一樣將自己的部分物質噴射到太空之中。這顆怪物般的恒星為什么會有如此奇異的行為呢？其中一個解釋是，當三顆恒星被束縛在一個重力系統中時，彼此之間的相互作用可能會引起這種動亂，在這種情況下，三顆恒星中最大的那顆會吞噬掉另一顆恒星，進而引爆了19世紀中期的大規模爆發事件。

最終，海山二將經歷超新星爆發（supernova explosion），這場驚世駭俗的星際煙花表演也將走向盡頭。或許，毀滅性的結局已然發生，只是漫天華彩最后階段的“光噴泉”還沒來得及到達地球。

哈勃空間望遠鏡是NASA和歐洲空間局（European Space Agency，ESA）的國際合作項目，望遠鏡的使用與維護由NASA位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德航天中心負責管理，望遠鏡的科學運作位于馬里蘭州巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）負責，STScI由華盛頓特區大學天文研究協會（Association of Universities for Research in Astronomy）為NASA負責。

參考：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/hubble-captures-the-galaxys-biggest-ongoing-stellar-fireworks-show/