5．恒星世界中最壮观的事件

既然中子星是自然界中一种真实的存在，那么它是怎样形成的呢？上节提到，天文学家巴德和茨维基曾预言，中子星是在恒星发生超新星爆发时产生的。于是，我们的故事又回到恒星在晚期的演化了。

一颗似乎很普通的恒星在几天之内亮度增加数亿倍，然后在一年左右的时间内恢复到原来的状态，这就是超新星。超新星在最亮时发出的光，可以和整个星系中所有普通恒星发出光的总和相比拟，一次爆发过程发光的总能量，几乎相当于太阳在10亿年中发出的全部光能，超新星爆发可谓是恒星世界中最壮观的事件。超新星爆发是十分罕见的现象，在我们银河系中几个世纪才能观察到一次，有历史记录的银河系超新星只有8个。因此，天文学家一方面在河外星系中来寻找超新星，一方面寻找超新星爆发后留下的遗迹——明亮的星云，来回顾当年爆发时的景象。超新星爆发时会有大量物质被抛出，产生一个扩张的气壳，成为明亮的星云。

在金牛星座中有一个明亮的星云，这个星云在法国天文学家梅西叶所编的星云状天体中名列第一。在望远镜中，它形如一只横爬的螃蟹，因此而得名蟹状星云。早在1921年，就有人把蟹状星云的两张前后相隔12年的照片相对照，发现星云正在膨胀。后来又有人根据它的大小和膨胀速度算出这种膨胀大约开始于900年前。因此，如果蟹状星云真是超新星爆发的遗迹的话，那么在900年前这里应当发生过一次银河系内的超新星爆发。

这方面的见证到哪里去找呢？1942年，有人提出，中国古代天文记录中有一个事件在时间和地点上都同这个假设的爆发相近。这就是公元1054年我国《宋史》上所提到的“客星”。记载是这样写的：“嘉裕元年三月，司天监言：‘客星没，客去之兆也。’初，至和元年五月晨出东方，守天关。昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”一颗新出现的星，明亮得白天可见，直到一年多的时间之后才消失。这分明是我国古代人所观测到的一颗超新星的记录。而“天关”又恰好在蟹状星云的位置，至和元年是公元1054年。这当然不会是纯属巧合，而确是距今943年前银河系内一次超新星爆发的见证。银河系内这样的超新星爆发在人类的历史记载中只有8次。我们祖国的古代典籍中，保存了世界上最丰富的古代天文记录。它的关于超新星的记录，为验证现代天体物理的理论，认识恒星的晚期演化，做出了不寻常的贡献。

现在我们可以根据天体物理理论大体描述大质量恒星演化到晚期而发生超新星爆发的过程了。恒星经过漫长的主序星阶段，终于耗尽了它的核燃料，核反应炉慢慢熄灭了。这时恒星内的元素差不多都变成了铁，因为铁的原子核是一种结合得最紧的核，它的能量是最低的，比它轻的原子核相互结合成铁核，就有多余的能量放出来。但是恒星演化至晚期，核心温度升至数亿度或数十亿度，在这样高的温度下，铁核将分解为自由核子和α粒子，而这一过程是强烈吸热的；同时在核心高密条件下，将产生大量中微子，中微子不带电，静止质量为零，它的穿透力特别强，一旦产生后就很快跑到恒星外面去，带走大量能量。这样，恒星内部的温度、压力就要急剧降低，无法与外层的重力平衡，因而导致引力塌缩。当恒星塌缩时，从外部收缩进来的物质碰到硬的内核，于是产生激波，激波向外传播，再加上中微子在外层聚集，使外层物质的内能增加，导致外壳膨胀，产生爆发。在塌缩过程中，中心的压力猛增，电子被挤到原子核内，同质子结合成中子。恒星核心部分的密度升高到原子核的密度，大约是10¹⁴～10¹⁵g·cm^-3，而直径只有20km左右，形成一个由中子构成的高温高密核——“中子核”。恒星的外壳爆炸碎裂，被抛到宇宙空间，形成稀薄的星云，中间留下了爆炸的残骸——一个裸露的中子星。

如果脉冲星的本质真是中子星，那么在蟹状星云中，应当有一颗脉冲星。果然，就在蟹状星云的中心附近，射电天文学家很快就发现了一个周期极短的脉冲星，它的周期只有0.033秒，是周期最短的脉冲星之一。过了几个星期，光学天文学家又发现星云中心附近有一颗星发出的可见光也有0.033秒的周期变化，显然，它们就是同一颗星。至此，脉冲星被发现以后，巴德和茨维基的恒星在超新星爆发后便形成中子星的预言也得以证实。

超新星爆发时的高温高密度为比铁更重的元素的合成创造了条件。重元素在超新星的爆发事件中被“炼制”出来，并被抛撒到太空中。当新的一代恒星和行星从星际物质中脱胎而出时，这些星球上便有了从氢到铀以至更重的元素。可以说，没有超新星的爆发，便没有重元素的生成，也就不会有我们地球上今天这样生命的发生与兴旺，我们每个人的身体里都有超新星爆发活动的痕迹呢！