宇宙里有一种天体,自带很有戏剧感的演化剧本:恒星核心已经走向死亡,却还能靠吞噬伴星物质重新积蓄能量,最后迎来一场壮烈殉爆。天文学家把 Ia 型超新星称作僵尸恒星,全球望远镜网络持续观测这类爆炸,它也是科学家用来触碰暗能量谜题最重要的工具。

这类宇宙爆炸并不罕见,每一天,宇宙各处都在上演 Ia 型超新星爆发,场面的震撼程度,远超影视特效渲染。大家熟悉的蟹状星云,就是公元 1054 年一次超新星爆发留下的残骸,也就是 SN 1054,距离地球大约 6500 光年。当年这颗星亮度极高,白天肉眼都能看见,爆炸抛出去的物质环,至今还在以每秒 1000 公里向外扩散。星云中心藏着一颗周期 33 毫秒的中子星,持续向外释放稳定的高能辐射。
Ia 型超新星诞生在双星系统当中。常规模式里,一颗白矮星持续吸食搭档恒星的氢物质,质量慢慢累积,一旦抵达 1.44 倍太阳质量的钱德拉塞卡极限,内部触发碳爆轰,发生剧烈热核爆炸,爆炸之后不会留下恒星本体。还有另一种形成猜想,系统由两颗白矮星组成,两者不断靠近、合并,合并瞬间引爆超新星。观测数据里,已经找到质量突破传统极限的 Ia 型超新星,双白矮星合并的假说,刚好可以解释这类反常样本。

它们在天文观测里有一个巨大优势:峰值亮度稳定,发光功率最高可达太阳的十亿倍。过去二十年间,天文学家把 Ia 型超新星当成宇宙标准烛光,用来丈量遥远星系距离,追踪宇宙膨胀节奏。暗能量占据宇宙总能量的四分之三,是半个世纪以来天体物理领域最重磅的发现之一,而 Ia 型超新星,就是探测暗能量的标杆。
宇宙膨胀不是匀速进行。引力会拉扯物质,放缓局部膨胀速度;如果一片空间看不到大量物质,膨胀速度却在加快,就指向暗能量的推动作用。这套观测思路,绕回爱因斯坦当年写下的宇宙常数。最初爱因斯坦引入这个项,是为了维持静态宇宙的计算,等到哈勃证实宇宙正在膨胀,爱因斯坦一度把它当成自己最大失误。现在的研究视角已经反转,宇宙常数,恰恰是解释暗能量最有力的思路之一,有一种主流猜想认为,暗能量本身就是空间自带的基础属性。

除此之外,Ia 型超新星还会影响星系内部元素循环。年轻的 Ia 型超新星爆发,可以快速生成大量铁元素,抛洒到星系空间,这套过程会冲击现有的星系化学演化模型,改写科学家对星系元素积累节奏的判断。
很多人容易把它和大质量恒星坍缩超新星混在一起。普通超新星是大质量恒星燃料耗尽之后向内坍缩,而 Ia 型的主角是白矮星,靠掠夺同伴物质,把自己推向爆炸临界点。这也被视作太阳遥远结局的参考版本,太阳晚年褪去外层气壳之后,核心会收缩成一颗地球大小的白矮星,只是太阳没有伴星供它吸积,不会走上 Ia 型超新星的爆发路线。
眼下关于僵尸恒星还有不少疑问。不同 Ia 型超新星的前身通道、爆炸细节、亮度差异,还没有完全厘清。未来十年,天文团队会持续搭建观测网络,追踪 Ia 型超新星从演化到爆炸的完整链条。从蟹状星云千年前的闪光,到今天用来测绘宇宙膨胀时间线,一次次超新星爆发,都在一点点掀开暗能量的面纱。