錢德拉x射線天文臺的圖像展示了開普勒超新星遺跡，這個著名的Ia型超新星由約翰尼斯·開普勒于1604年發(fā)現(xiàn)。（圖片來源：NASA/CXC/NCSU/M.Burkey et al; Optical: DSS）

放射性鈾形成的 “微型雪花”會引發(fā)巨大的核爆炸，這有望揭示宇宙中更多奇妙的恒星爆炸事件。

當(dāng)小恒星死亡時，它們會逐漸冷卻形成白矮星。新的研究表明，鈾原子在這些老化的白矮星冷卻時會下沉到其中心，凍結(jié)成雪花般的晶體，其大小不超過沙粒。伊利諾伊州立大學(xué)理論物理學(xué)家馬特·卡普蘭（Matt Caplan）表示，在那里，這些“雪花”可以充當(dāng)宇宙中一些最小的核彈，成為“點(diǎn)燃火藥桶的火花”。了解這些爆炸的發(fā)生機(jī)制對于研究元素的產(chǎn)生乃至宇宙的膨脹都是極為重要的。

圖中所示的黯淡恒星爆炸隸屬于Ia型超新星，這種雙星系統(tǒng)由白矮星和一顆伴星組成，白矮星不斷吸取伴星的物質(zhì)，當(dāng)達(dá)到臨界質(zhì)量時爆炸就會產(chǎn)生。由于白矮星質(zhì)量受限于1.44個太陽質(zhì)量的錢德拉塞卡極限，超過該質(zhì)量就會坍縮爆炸，學(xué)者認(rèn)為它們在爆炸時具有相同的質(zhì)量，具有一致的亮度，那么距離地球的不同，會導(dǎo)致觀測亮度不一，所以可以在天文觀測上承擔(dān)起里程計量的任務(wù)。

天文學(xué)家注意到一些Ia型超新星比理論上更暗，最新發(fā)表在《物理評論快報》的一項(xiàng)研究，提出了一種解釋，這或許由低質(zhì)量的白矮星自爆產(chǎn)生，它們既沒有伴星也沒有從鄰近恒星中獲取物質(zhì)。印第安納大學(xué)理論核天體物理學(xué)家查克·霍洛維茨表示，或許有的白矮星不需要伴侶，單一一顆恒星也可以發(fā)生爆炸。

恒星原子彈的誕生

白矮星是質(zhì)量小于10倍太陽質(zhì)量的恒星遺跡，外層脫落后逐漸變得寒冷，未燃盡的核中大部分是碳和氧元素以及包括鈾在內(nèi)的少部分元素，歷經(jīng)數(shù)以萬計的歲月，原子凍結(jié)，其中最重的元素最先固化沉積在核中。

科學(xué)家通常認(rèn)為這些單個白矮星最終會縮減為冰冷的黑矮星，但在某些情況下，這一進(jìn)程會轉(zhuǎn)變成為一場核爆炸做準(zhǔn)備。當(dāng)下沉的鈾原子相互碰撞時，它們會凍結(jié)，形成微小的放射性雪花，用不了一個小時，一個從核中經(jīng)過的流氓中子撞向了雪花，引發(fā)了一個原子核的裂變，接著鏈反應(yīng)被激發(fā)，就像核彈的連鎖反應(yīng)一樣，引燃了其他部分，導(dǎo)致自爆成為超新星。

對于上述鏈反應(yīng)的發(fā)生，是需要大量的放射性同位素U235，由于同位素自然衰減，研究人員認(rèn)為這類超新星只可能在具有短壽命的大質(zhì)量恒星中出現(xiàn)。小質(zhì)量恒星，例如太陽，距離壽終正寢還有50億年時間，到變成白矮星時殘留的U235已不足以引發(fā)超新星爆炸。

這項(xiàng)工作也引發(fā)了不少科學(xué)家的興趣，加州大學(xué)圣克魯斯分校的天文學(xué)家瑞安·福利表示，如果真的有單個白矮星自爆，這將會非常有趣。他也指出，黯淡的Ia型超新星大多數(shù)來自于古老恒星群，并不像該研究指出的年輕恒星中，在短壽命星系群中很少或者幾乎沒有Ia型超新星。

盡管該項(xiàng)研究表明這一機(jī)制在理論上可行，但目前尚不清楚單獨(dú)恒星的自爆進(jìn)程，他們產(chǎn)生的頻率以及確切的引發(fā)機(jī)制。

卡普蘭向《生活科學(xué)》表示，我們迫切的需要模擬計算來驗(yàn)證雪花是否能夠引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成恒星的爆炸，即使不能完全的引爆，我們也想看看核內(nèi)是否會產(chǎn)生一嘶嘶火星或者微弱的火花。

相關(guān)知識

超新星是某些恒星在演化接近末期時經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸都極其明亮，過程中所突發(fā)的電磁輻射經(jīng)常能夠照亮其所在的整個星系，并可能持續(xù)幾周至幾個月甚至幾年才會逐漸衰減。而在此期間，一顆超新星所釋放的輻射能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相當(dāng)。

BY:Mara Johnson-Groh

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