在前一章， 我們討論過(guò)質(zhì)量和太陽(yáng)差不多或比太陽(yáng)小的恒星的死亡,， 現(xiàn)在我們將會(huì)看看大質(zhì)量恒星如何死亡及其中一個(gè)可能歸宿─ 中子星,。

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超 紅 巨 星 及 超 新 星
假若恒星的質(zhì)量超過(guò)八個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的話， 它會(huì)怎樣演化呢,？由于質(zhì)量更大,， 恒星核心的密度及溫度亦必然比小質(zhì)量恒星高， 所以熱核反應(yīng)會(huì)以更快速度進(jìn)行， 產(chǎn)生出更多的熱能,， 恒星會(huì)更加光亮,， 這些恒星通常為O 、 B 或A型恒星,。

和其他恒星一樣,， 大質(zhì)量恒星會(huì)在主序階段把氫轉(zhuǎn)化為氦。有趣的是,， 恒星質(zhì)量越大,， 壽命越短， 例如一顆相等于15 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星,， 便只有一千萬(wàn)年的壽命,。由于大質(zhì)量恒星的核心比一般恒星更熱和有更高的密度， 當(dāng)走至生命盡頭時(shí),， 核心條件足以把氦繼續(xù)轉(zhuǎn)化為碳,， 同時(shí)在核心外圍形成一個(gè)氦殼。在恒星強(qiáng)大質(zhì)量的約束下,， 核心氦聚變成碳的過(guò)程能穩(wěn)定地進(jìn)行,， 在核心高熱的煎熬下， 恒星外殼會(huì)極度膨脹﹐ 成為比紅巨星更巨大的 超 紅 巨 星 ,。

典型的超紅巨星比普通紅巨星大上100 倍， 雖然表面溫度低,， 但整體光度仍然非常高,， 絕對(duì)星等可達(dá)-10 ( 太陽(yáng)的絕對(duì)星等只有4.8 ) 。

情況很像燃燒氦,， 強(qiáng)大的引力足以在核心燃點(diǎn)起碳,， 而同時(shí)維持星體穩(wěn)定。核心物質(zhì)不斷聚變?yōu)楦氐脑兀?直至成為鐵,。我們相信在地球上常見(jiàn)的重元素,， 例如氧、 氦,、 矽等,， 其實(shí)是在遙遠(yuǎn)的過(guò)去， 在一顆恒星的內(nèi)部以這個(gè)機(jī)制產(chǎn)生的,。鐵 其 實(shí) 是 熱 核 反 應(yīng) 的 終 站 ,。氫轉(zhuǎn)化為氦會(huì)產(chǎn)生能量， 但要把鐵結(jié)合成更重的元素時(shí),， 卻反而要吸收能量,， 這也是為什么我們把如鈾等重元素分裂成較輕元素時(shí)， 可以產(chǎn)生能量的原因。

由于繼續(xù)燃燒鐵的核反應(yīng)反而需要能量,， 所以恒星核心產(chǎn)生能量的能力便會(huì)戛然而止,， 核心的壓力驟降。當(dāng)核心積聚了足夠的鐵后﹐ 在百分一秒之內(nèi),， 核心會(huì)毀滅性地猛烈收縮,， 同時(shí)把核心溫度提高。所有尚未使用的燃料會(huì)迅速核聚變成鐵或鎳,。核心的外殼會(huì)塌縮在核心上,， 電子和質(zhì)子會(huì)結(jié)合成中子， 并放出 中 微 子 ,。中微子是亞原子粒子,， 它們差不多不會(huì)和任何物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)， 所以恒星對(duì)它們來(lái)說(shuō)是透明的,。大部分塌縮所產(chǎn)生的能量便是由中微子帶走,。

由于原子核的天然密度會(huì)成為巨大的阻力， 防止核心進(jìn)一步收縮,， 這時(shí)核心會(huì)猛烈反彈,， 以極高速塌縮的核心外殼會(huì)和反彈中的核心碰撞， 產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波,， 同時(shí)產(chǎn)生出像鈾等比鐵更重的元素,， 并把恒星外殼炸毀， 這便是 II 型 超 新 星 ( I 型超新星其實(shí)只是強(qiáng)度足以把中心白矮星炸毀的普通新星爆發(fā)) ,。

超新星爆發(fā)十分激烈,， 恒星的亮度可以暴增15 等， 是宇宙中最璀璨的天文現(xiàn)象,。近年來(lái)可以用肉眼看到的超新星爆發(fā),， 發(fā)生在一個(gè)稱(chēng)為大麥哲倫云的小星系內(nèi)的SN1987A ?？上У氖?， 大麥哲倫云位于南天極附近， 結(jié)果住在香港的市民無(wú)緣得見(jiàn),。

(C) Anglo-Australian Observatory, David Malin 攝影.

公元1054 年,， 宋朝天文學(xué)家目睹在現(xiàn)今金牛座天區(qū)出現(xiàn)了一顆客星， 這顆突然出現(xiàn)的星異常光亮,， 在隨后兩個(gè)月的早上也可以看見(jiàn),， 這顆客星便是我們所說(shuō)的超新星。

當(dāng)年超新星爆發(fā)出來(lái)的殘跡﹐ 還形成了現(xiàn)今用小型望遠(yuǎn)鏡都可以看得見(jiàn)的M1 蟹狀星云,。蟹狀星云仍然在膨脹﹐ 最終會(huì)溶入星際物質(zhì)而消散,。

鳴 謝﹕ STScI.

天文學(xué)家每年會(huì)發(fā)現(xiàn)十?dāng)?shù)至數(shù)十顆超新星， 但大部分都位于偏遠(yuǎn)而暗淡的河外星系， 這是1994 年在M51 發(fā)現(xiàn)的超新星,。

鳴 謝﹕ STScI.

恒星在超新星爆發(fā)后又如何呢,？這便取決于恒星剩余核心的質(zhì)量。在大爆炸后,， 若剩余質(zhì)量少于1.4 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,， 便會(huì)成為白矮星； 若質(zhì)量介乎1.4 至大約3 個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量,， 便會(huì)成為 中 子 星 ,； 若 質(zhì) 量 更 大 ， 便 會(huì) 成 為 黑 洞 ,。下圖顯示了不同質(zhì)量恒星的死亡路徑,。

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中 子 星 與 脈 沖 星
假若在超新星爆發(fā)后， 剩余核心質(zhì)量介乎太陽(yáng)質(zhì)量的1.4 至3 倍,， 那么核心中的電子簡(jiǎn)并壓力便再不足以抵抗強(qiáng)大的引力,， 恒星會(huì)進(jìn)一步收縮， 直至電子亦被擠壓至原子核內(nèi),， 和質(zhì)子結(jié)合成為中子,。而 中 子 簡(jiǎn) 并 壓 力 則足以防止恒星進(jìn)一步收縮﹐ (同電子簡(jiǎn)并壓力一樣﹐ 中子簡(jiǎn)并壓力并非來(lái)自核子反應(yīng)﹐ 它可永遠(yuǎn)扺抗恒星的引力收縮。 ) 一顆 中 子 星 便 在 宇 宙 中 誕 生 ,。

中子星中95 - 99% 的成分是中子,， 但仍有少量的質(zhì)子和電子。一般半徑約為8 至16 公里,， 和香港島的大小差不多,。由于引力場(chǎng)實(shí)在太強(qiáng)大， 任何山脈高山皆會(huì)被引力蕩平,， 所以中子星的表面十分光滑。

我們相信中子星有一層約一公里厚由重原子核組成的外星殼,， 之下是一層呈液態(tài)的中子流質(zhì),， 最后可能是一個(gè)固體核心。

中子星另一個(gè)非常重要的特性是它擁有極強(qiáng)的磁場(chǎng),， 可以比地球磁場(chǎng)強(qiáng)10⁸ 至 10¹⁵ 倍 ,。當(dāng)電子以螺旋軌道繞著磁力線移動(dòng)， 便會(huì)沿著兩個(gè)磁極向外發(fā)射出無(wú)線電波,。

通常恒星的自轉(zhuǎn)軸和磁軸并不一致,， 中子星亦不例外， 所以沿著磁軸向外發(fā)射的無(wú)線電波束,， 在中子星自轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下,， 便會(huì)如燈塔般向宇宙掃射， 這便是著名的 燈 塔 效 應(yīng) 。當(dāng)?shù)厍蛭挥谶@些宇宙「 燈塔」 掃過(guò)的范圍,， 便會(huì)收到極端規(guī)律的無(wú)線電波訊號(hào),， 這便是 脈 沖 星 ， 在蟹狀星云中心便有一顆,。

當(dāng)?shù)谝活w脈沖星在60 年代被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候,， 天文學(xué)家起初誤以為這些訊號(hào)來(lái)自另一個(gè)天外文明﹐ 后來(lái)發(fā)現(xiàn)不對(duì)后便產(chǎn)生了一個(gè)更嚴(yán)重的問(wèn)題。有 些 脈 沖 星 稱(chēng) 為 毫 秒 脈 沖 星 ,， 其 自 轉(zhuǎn) 周 期 可 短 至 0.001 秒 ,！有什么物體可以如此飛快轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)因而解體？中子星的超強(qiáng)引力提供了最佳的解答,。

由于中子星非常沉重,， 所以它的自轉(zhuǎn)周期非常規(guī)律， 有些中子星的脈沖周期可以準(zhǔn)確至小數(shù)后十個(gè)位,， 因此,， 就算中子星出現(xiàn)輕微的異動(dòng)， 天文學(xué)家亦可以觀察得到,。例如假若有一顆行星圍繞一顆中子星運(yùn)行,， 它會(huì)令中子星出現(xiàn)搖動(dòng)， 引致脈沖的間隔變長(zhǎng)或短,， 由此我們根據(jù)脈沖周期的變化,， 可推斷出行星的質(zhì)量和軌道半徑， 這亦是天文學(xué)家找出第一顆地外行星時(shí)所用的方法,。

以上的討論都是基于單星系統(tǒng)的,， 其實(shí)宇宙中存在不少有趣的中子星雙星系統(tǒng)。例如假若有一顆中子星的伴星為巨星,， 那么物質(zhì)便會(huì)由巨星流入中子星并放射出X 射線,， 成為X 射線脈沖星。