公元393年,东晋太史令在夜空里看到一颗突然冒出来的亮星,并在《宋书·天文志》中留下了这样的记载:“太元十八年春二月,客星在尾中,至九月乃灭。”他们不会想到,自己记下的是一颗恒星的死亡现场:一颗质量超过太阳10倍的大恒星走到了生命尽头,在超新星爆发中把自己炸得粉碎。
1600多年后,一队天文学家把望远镜对准这片爆炸留下的废墟,在里面发现了一样谁都没料到的东西:两颗刚出生的恒星宝宝,各自裹在一团温暖的气体摇篮里,安然无恙。
摇篮里还检出了水,以及一批结构复杂的有机分子,也就是构成生命的原材料。在宇宙里数一数二狂暴的爆炸现场,生命的原材料居然毫发无损。这是人类第一次在超新星遗迹里找到这样的摇篮。
恒星诞生在分子云里,那是一大团由气体和尘埃组成的云,温度低到零下260摄氏度以下。就在这种极寒环境中,尘埃颗粒的表面成了天然的化学实验室:原子和分子附着在上面,慢慢拼出复杂的有机分子,再以冰的形式冻结存放。
等到云团中心一颗恒星点火诞生,周围的物质被烘热,这些冰就融化蒸发,变成气体弥漫在新生恒星周围。天文学家给这团温暖的气体起了个名字,叫“热分子云核”。它像一床裹着婴儿的暖被,里面的有机分子会发出特定的无线电波,正好能被射电望远镜逮个正着。
太阳系当年也是这么来的。构成太阳和地球的原始材料里,就含有这类可能与生命起源有关的有机分子。
问题在于,超新星爆发的现场按理说容不下这种温柔的东西。爆炸会把大量粒子加速到接近光速,形成所谓的宇宙线,同时喷出X射线和伽马射线,再加上每秒几千公里的冲击波。这些高能炮火足以把脆弱的有机分子轰个稀烂。但也有理论认为,它们或许反过来能催生新的分子。到底会发生哪种情况,没人知道,因为此前从没有人在超新星爆发波及的区域里找到过热分子云核。
日本新潟大学的下西隆副教授带领团队,决定去这种地方找一找。他们挑中的目标叫RX J1713.7-3946,正是文章开头那颗被中国史书记录的超新星留下的遗迹。这里至今仍被强烈的宇宙线、X射线和伽马射线笼罩,冲击波还在四处扫荡,是太阳系附近的恒星形成区里见不到的恶劣环境。
团队动用了位于智利的阿尔玛望远镜(ALMA),以约0.5角秒的分辨率细看这片废墟,这个精度大约相当于在10公里外分辨一枚1元硬币。结果,他们在遗迹里找到了2个热分子云核,每个摇篮里都裹着一颗刚诞生的恒星,也都带着种类多样的有机分子。
团队对其中一个做了详细分析,发现里面复杂有机分子的比例,跟普通安稳环境里的热分子云核几乎一个样。换句话说,超新星的炮火并没有伤到这些分子。这项研究成果7月1日发表在《天体物理学杂志》上。
它们是怎么躲过去的?研究团队讨论了两种可能。一种是时间还不够长,摇篮暴露在炮火下才1600年左右,有机分子还没来得及被破坏。另一种更有意思:冲击波扫过时会产生强磁场,而磁场能让带电的宇宙线偏转、无法长驱直入,相当于给摇篮罩上了一层看不见的护盾。爆炸自己制造的武器,被爆炸自己制造的盾牌拦住了。
这项发现跟我们自己也有关系。对放射性同位素的分析显示,太阳系当年很可能就诞生在一片受过超新星爆发影响的区域。也就是说,地球上这些生命的原材料,或许也曾在类似的炮火下幸存过一回。这次的发现证明,那样的幸存并非天方夜谭。
不过,炮火下的摇篮是不是宇宙里的普遍景象,目前还说不准。接下来,射电望远镜会对这类区域的分子气体做更大规模的巡查,红外望远镜则去看其中的尘埃和冰,弄清这些摇篮以及里面孕育行星的气体尘埃盘处于什么状态。到那时,我们或许能回答一个更大的问题:太阳系的出身,究竟是宇宙里的寻常操作,还是一次难得的幸运。
~~~~~~
图为超新星遗迹中包裹新生恒星的温暖气体摇篮(热分子云核)想象图,蓝色代表超新星爆发产生的高能粒子和光子,棕色代表星际物质,图源:下西隆(日本新潟大学),基于观测结果、由生成式AI辅助绘制
信源:アルマ望遠鏡. "ニュース - 星が爆発した現場において、生まれたばかりの星を包む多様な有機分子を含んだゆりかごを世界で初めて発見." アルマ望遠鏡
