你知道以碳而為燃料的宇宙爆炸嗎

天文學家非常喜歡觀看發生在宇宙空間的爆炸，但是他們卻從來也沒有觀測到過上次所發現的那一次爆炸。一份美國天文學會高能天體物理部的報告稱，在一次3小時的熱核爆炸中一顆密度極高的恆星的表面的碳發生了爆炸。如果它被證實，那它將是首次被觀測到的以碳而不是以氫或氦為燃料的宇宙爆炸。由於它可以證實或者核查現有的碳燃燒模型，所以加州大學的理論家拉斯·比爾德斯登（Lars Bildsten）說：「從核物理的角度看，它的前景是令人興奮的。」

這次爆炸來自於一對「低質量X射線雙星」。在這樣一個系統中，一顆矮星非常靠近地圍繞一顆中子星旋轉。氣體從矮星流入一個繞中子星旋轉的熾熱的吸積盤中。一些氣體會撞擊中子星的表面，形成緻密的半流質的氫和氦，還有少量的重元素。當逐漸變厚的層中的溫度和壓力達到足夠高時，就會引發熱核爆炸，其中的元素會發生瞬間核聚變（flash-fuse）。之後，這一氫層又會被重建，在一定的時間間隔以後，通常為數小時或幾天，會再一次出現閃光。儘管由於兩顆恆星軌道的動力學因素會使這一時間間隔發生劇烈的改變，但這一過程仍以不確定的方式在繼續。

人造衛星發現大多數源於這些系統的爆發是持續10或20秒的溫和的X射線爆。然而，去年天文學家探測到4個X射線爆打破了這一模式。首先，荷蘭空間研究組織（the Space Research Organization Netherlands，SRON）的研究人員使用荷蘭、義大利聯合研製的BeppoSAX衛星發現了已知的3個低質量X射線雙星存在長時間爆發的證據。這些爆發持續的時間是短爆發的500倍並且多釋放出500至1000倍的能量。「這是挑戰現有理論的一種全新的爆發，」SRON的天文學家約翰·漢斯（John Heise）說。然而，他的同事埃瑞克·庫科斯（Erik Kuulkers）卻不願逾距宣稱這些爆發是碳基的。庫科斯相信，那些雙星系統中富氫的矮星不會傾倒足夠的原料到中子星的表面上。

但是由NASA的戈達德航天中心的特德·斯特梅耶（Tod Strohmayer）發現的第四個長時間爆發卻有些不同。1999年9月，NASA的X射線時變探測器（Rossi X-ray Timing Explorer，RXTE）探測到源自於4U 1820-30——這一對已知最近密的低質量X射線雙星——的強大爆發。兩顆恆星僅以比木星稍大的間隔互相繞轉，周期為11分鐘。其中的白矮星用幾乎是純氦來「餵養」那顆中子星，因為它的氫在很久以前就被剝離了。

斯特梅耶說，那些氦會慢慢地製造出一顆炸彈。這一層積累的氦會在爆炸前達到20至30米厚，而在4U 1820-30上這一過程在一天之內會發生數次。每次爆發都會殘留下一些碳，它是氦聚變的主要產物之一。按照斯特梅耶的設想，大約一年後這顆中子星上會覆蓋幾百米厚的碳。當這一層碳的底部溫度達到臨界溫度閾時，這個碳炸彈就會被點燃，接著它就會爆發數小時。

「這傢伙的威力是氦爆發的1000倍，」斯特梅耶說，「它可能會吹散整個吸積盤。」如果這是真的話，那麼天文學家已經得到了當氣體盤旋著墜入緻密星時吸積盤如何運動變化的最有價值的信息。之後來自快速旋轉的白矮星的新物質會迅速地再次充滿被吹散的吸積盤，斯特梅耶說。RXTE的數據可能包含有吸積盤再次聚合時所釋放出的X射線，它揭示了我們迄今從未見過的物理過程。

更使理論家躍躍欲試的是，這是他們第一次仔細的觀察一次碳爆炸的細節，而不是計算機模擬。而且，它暗示先前的理論計算結果並沒有與現實情況相匹配。比爾德斯登和他以前的學生愛德華·布朗（Edward Brown）的最新研究表明中子星的表面溫度應該降至不足10億度，這隻能點燃一個相對薄的碳層。一個厚的多得碳層——以及其所導致的底部高壓——可能促成了其成為引爆炸彈的誘因。然而，布朗注意到，由4U 1820-30傳輸物質的速度來看，這樣一個碳層需要一個世紀的時間來積累。這使得斯特梅耶的觀測發現變得十分的幸運。

雖然如此，比爾德斯登和布朗同時認為這些爆發最能可能的解釋仍是碳爆炸。至於調和理論和觀測結果的差別，比爾德斯登則說：「這是值得沉思的有趣問題。」

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