人类的身体，都是星星的尸体做的。为什么？

　　简介： 你我的身体都是星辰的遗骸。
　　宇宙中时刻发生的超新星爆发不断地向空间中释放钙元素，对此，诞生在西雅图的一个科学发现引起了一场世界性的研究热潮。
　　一、一切的一切，都源自2005年的新发现。
　　2005年，人们观测到了一颗超新星。这颗超新星的发现彻底改变了人们对宇宙的认知。同样被改变的还有人们对某种矿物元素的认知，它就是维持生命所必需的一种元素——钙元素。
　　图解：宇宙中钙元素的X射线成像图。图源：NASA。
　　研究人员最终确定，宇宙中之所以有那么丰富的钙元素，恰是因为这类超新星爆发事件的存在。正是它们，制造了地球上所有的钙元素，包括蕴含在你我体内骨头中的钙元素。
　　现在，科学家已经有能力通过X射线来研究这类释放钙元素的超新星了。他们首次研究的对象便是上文所说的这颗超新星。
　　二、一个新的超新星亚类的诞生。
　　这类释放钙元素的超新星本身都富含钙元素。它们对人类的首次亮相是在十年以前，某颗低质量的白矮星爆炸的时候。白矮星是一类致密的恒星，其体积小至接近行星，并拥有极其巨大的内部压力。当时，这颗白矮星正从它的主星上攫取氦元素，且已达到一个不稳定的平衡点。要知道，稳定的白矮星的质量是有上限的，其值大约是1.4倍太阳质量。
　　于是乎，白矮星所掠夺的过多的氦催生了猛烈的冲击波，整颗星星都可能在这场冲击波下土崩瓦解。冲击波引发的爆炸在1亿光年外的地球上被探测到了。根据科学家们的计算，在这次爆炸中被抛到宇宙空间中的物质内，钙元素的质量占去了总质量的一半。在当时，它被归于超新星中一个新的亚类[1]。
　　图解：白矮星从主星上吸取物质的艺术描绘图，白矮星将因此迎来自己的宿命。图源：原文。
　　然而，十年之后，这类神秘的白矮星依然让许多科学工作者觉得难以完全理解，其中包括美国西北大学的一年级研究生温·雅各布森·加兰（Wynn Jacobson-Galan）。雅各布森·加兰是一项相关研究[2]的领导者，研究论文曾在《天体物理学杂质》上发表[3]。他在一份新闻稿[4]中声明：＂这类白矮星的爆发仍然相当罕见，所以我们还没能搞清楚它的成因。＂
　　这也正是雅各布森·加兰团队选择研究编号为SN 2019ehk的超新星的原因，毕竟这颗超新星在早期的表现与那些＂释放钙元素的超新星＂十分相似[5]。该研究团队认为，这颗超新星很可能由一颗白矮星或者低质量的致密恒星体演化而来。
　　三、险些被忽略的X射线源。
　　通过X射线成像，人们知晓了这类超新星的更多具体情况，特别是它们制造出那些钙元素的方法。实际上，这类富含钙元素的超新星都十分致密，并且会在它们的最后演化阶段中向外界抛射出自己的外部的气体壳层。这个气体壳层主要由氢和氦组成[6]，并会在与恒星剩余的内部物质相互作用的过程中升温至大约10000华氏度。
　　图解：被圈出的星星都是白矮星。图源：NASA。
　　在两者进行相互作用之时，一个化学反应也会悄然发生。这是个生成钙元素的反应，反应速度较快。人类体内的钙元素，尽管是人体内含量最丰富的矿物质元素，也全部都是由这里的反应生成的。
　　超新星SN 2019ehk的爆发并不是永久的事件，这种事件在天文学界被称作＂瞬变事件＂。首先发现这颗超新星的是西雅图的一位业余天文爱好者，他在观测旋涡星系M100[7]时在星系里面发现了它。此后，整个国际天文学界都开始了对该超新星的观测行动。宇宙可真是广阔啊！你可知道哈勃太空望远镜已经观测了M100整整25年，却从来没有在里面看到过SN 2019ehk爆发前后的样子。
　　图解：M100星系。图源：NASA。
　　该研究的论文一作、天文物理学家拉斐拉·马古蒂 (Raffaella Margutti)表示，时间至关重要。
　　＂在瞬变事件的研究天地中，我们必须在事件结束之前很快地发现它们。刚开始的时候，没有人注意到M100里面有X射线源，直到加州大学圣塔芭芭拉分校的研究生平松大地注意到了一些端倪。在他的提醒之后，我们才去分析星系的照片，然后注意到这个星系里面确实有奇特的东西，它比任何人想象的都要明亮得多。此前，没有任何一个理论预测到这类释放钙元素的超新星爆发会是如此明亮的X射线源。＂
　　图解：M100星系的位置。图源：Image courtesy of Stellarium。
　　四、你我的身体都是星辰的遗骸。
　　宇宙中所有的钙元素都来源于这些星星[9]。该团队在夏威夷凯克天文台[10]的帮助下研究了SN 2019ehk，并发现它是有史以来最大的单个钙元素谱的射电源。凯克天文台其实是世界上最大的光学望远镜和最大的红外望远镜的所在地。
　　图解：夏威夷凯克天文台。图源：keckobservatory。
　　马古蒂说：＂超新星可不仅仅是钙元素的制造者，它能制造各种贵重元素，比世界上最富有的富翁还要富有得多呢。＂
　　附录：研究论文摘要。
　　SN 2019ehk是一颗富含钙元素的超新星，位于恒星形成星系M100，和地球的距离约为16.2百万秒差距。我们从该超新星爆发后10小时开始对其进行全色成像观测，持续约300天，并对其进行了建模。该超新星的亮度分别在第3天和第15天达到峰值。在第一个峰值附近，数据与Swift-XRT观测到的明亮X射线源的数据相吻合，光度峰值约为1041尔格每秒，并以与时间的三次方成反比的形式衰减。该数据还与Shane/Kast光谱探测数据吻合，检测到了较窄的Hα谱线和He II谱线（参数v约为500千米每秒），这些谱线来源于先前存在的星周物质。我们将这种现象归因于前身星周围（距离小于10^15厘米）的致密而正在膨胀的物质的突然产生的相互作用而引起的辐射，以及此后它逐步冷却时所发出的辐射。通过计算，环绕恒星介质总质量约为7毫太阳质量，粒子密度约为10^9每立方厘米。无线电观测表明，在离星体比较远的地方，粒子密度显著降低，甚至不及10^4每立方厘米。
　　在第二个峰值附近，星体的光度光谱特性与那些释放钙元素的超新星是一致的，其光度开始上升的时间在超新星爆发后的13.4 0.210天，经蓝色滤波后峰值为-15.1 0.200幅值。我们发现，该超新星合成了3.1 0.11厘太阳质量的镍-56，以(1.8 0.10) 10^50尔格的总动能抛出了总质量为0.72 0.040太阳质量的物质。最后，SN站点的深度HST爆炸前成像表明，前身星的质量只能属于最小的那一档（10太阳质量附近），这类伴星要么失去了大部分氦气外层，要么就是白矮星。SN 2019ehk的爆发情况和环境情况进一步表明，该潜在的WD前身系统只能是质量较小的HeCO WD + CO WD的混合双星系统。
　　BY: David Grossman
　　FY: 浪漫主义学派
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