在夜空中闪烁的恒星都有“寿终正寝”的那一天 , 科学家告诉我们 , 并不是所有的恒星都会在宇宙中默默地熄灭 , 比如说太阳在其生命的最后时刻就会膨胀成一颗红巨星 , 其庞大的体积甚至可以将地球吞噬 , 而那些质量比太阳大得多的恒星(初始质量是太阳的8倍以上) , 通常都会以一种更加壮丽的方式——超新星爆发 , 来宣告自己的消亡 。
【爆炸|体积相当于7亿个太阳,危险的参宿四何时爆炸?科学家给出了时间】
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超新星爆发释放的能量 , 可以轻松达到太阳一生释放出的能量的数十倍甚至更多 , 在爆炸的过程中 , 整个星系都会被超新星释放出的电磁辐射照亮 , 因此超新星爆发也被人们称为宇宙中已知的威力最强的爆炸 。
由此可见 , 宇宙中的那些大质量恒星都很危险 , 一旦发生爆炸 , 其周围的很大一片区域都将面临着严峻的威胁 , 令人担心的是 , 距离地球只有640光年的参宿四(Betelgeuse) , 就是一颗这样的恒星 。
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参宿四位于猎户座方向 , 观测数据显示 , 它的质量为太阳的16.5至19倍 , 如此大的质量已经远远地超过了恒星发生超新星爆发的临界值 。 更重要的是 , 目前的参宿四的体积相当于7亿个太阳 , 已经是一颗“红超巨星” , 而据我们所知 , 这正是大质量恒星生命的末期 , 这就意味着 , 在不远的未来 , 参宿四就会发生威力巨大的爆炸 。
危险的参宿四何时爆炸?科学家给出了时间
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参宿四一直是科学家们的重点观测对象之一 , 上图为1996年以来参宿四的亮度变化记录 , 从中我们可以看到 , 在过去的很长一段时间里 , 参宿四的亮度都在一个正常的范围内波动 , 但从2019年10月开始 , 参宿四就开始异常变暗 , 到了2020年初 , 其亮度一度降低到1.8等左右 。
在此之后参宿四的亮度又开始大幅上升 , 当时有不少人都认为 , 参宿四很可能即将发生爆炸 , 然而这样的事情并没有发生 , 因为在随后的时间里 , 当参宿四的亮度上升到一定程度的时候 , 又开始了下降 , 似乎又回到了正常范围 。
尽管后续的研究表明 , 参宿四的此次异常变暗应该是一片巨大的尘埃云所致 , 但这颗忽明忽暗的“红超巨星”仍然引起了科学家的注意 , 在2020年初 , 一个由澳大利亚国立大学(ANU)的天文科学家梅里迪思·乔伊斯(Meridith Joyce)领导的研究团队 , 开始着手对参宿四进行研究 。 2021年2月初 , 该团队的科学家给出了结论:参宿四的爆炸时间大约为90万年之后 。
为什么是90万年之后呢?
已知的超新星爆发可分为“热核爆炸”和“核心坍缩”两种类型 , 像参宿四这种大质量恒星属于后者 。 所谓的“核心坍缩”就是指恒星内部的“核燃料”耗尽之后 , 恒星就会因为失去了核心支撑而迅速坍缩 , 其最终结果就是引发超新星爆发 。
对于大质量恒星而言 , 它们的“核燃料”其实可以多次利用 , 简单来讲就是 , 氢的核聚变反应会生成氦 , 当氢耗尽之后 , 恒星就开始坍缩 , 其核心的温度和压强会大幅提高 , 从而点燃氦的核聚变 , 氦聚变会生成碳 , 当氦耗尽之后 , 又会启动碳的核聚变 , 而在碳之后又是更重元素的核聚变 , 如氧、氖、镁、硅等等 。
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这一系列核聚变的最终产物就是铁 , 由于铁原子核即使发生聚变也不会释放能量 , 因此当恒星内部的核聚变进行到这一步时 , 其核心就再也没有能量来抵抗恒星自身的重力 , 在这种情况下 , 恒星外层的物质就会以极高的速度向核心坍缩 , 其速度甚至可以高达光速的20%左右 。
与此同时 , 恒星核心物质的电子会被巨大的重力压入原子核 , 并与原子核中的质子结合形成中子 , 大量的中子紧缩在一起 , 让恒星核心拥有了强大的“中子简并压” , 当恒星外层的物质猛烈冲击其致密的核心时 , 其携带的巨大能量就会在一瞬间释放 , 从而发生威力无与伦比的爆炸 。
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需要注意的是 , 在上述的过程中 , 对于不同类型的“核燃料” , 其“燃烧”的时间也有很大的不同 , 具体表现在 , 参与核聚变的原子核越重 , 其“燃烧”的时间就越短 。
根据科学家的计算 , 像参宿四这种恒星 , 其“氢燃料”大约可以“燃烧”1000万年 , “氦燃料”大约可以“燃烧”100万年 , “碳燃料”大约可以“燃烧”1千年 , 在此之后的“核燃料”的“燃烧时间”更是越来越短 , 以至于从硅到铁的整个核聚变过程 , 都只有短短的14天左右 。
也就是说 , 只要我们知道参宿四现在正在“烧”哪一种“核燃料”以及“烧”了多久 , 就可以较为准确地推算出参宿四会在何时爆炸 。
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上述团队的科学家在研究工作中收集了大量参宿四的观测数据 , 并使用恒星演化模型、流体动力学模型以及恒星脉动模型对其进行了细致且深入的分析 , 最后得出的结论就是 , 参宿四目前正在“烧”的是“氦燃料” , 并且只“烧”了大约10万年的时间 。
所以我们只需要做一下非常简单的计算 , 就可以得出 , 参宿四的爆炸时间大约为90万年之后 。
如果参宿四发生了超新星爆发 , 地球会有危险吗?
参宿四距离地球只有640光年 , 对于超新星爆发这种高能事件而言 , 这种距离谈不上绝对的安全 , 虽然地球不会受到参宿四爆炸时产生的星际物质辐射激波的影响 , 但是其产生的伽马射线暴对地球却是一个不小的威胁 。
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科学家推测 , 地球在4.5亿年前就曾经遭受过一次伽马射线暴的“袭击” , 在此次事件中 , 一束来自6000光年外的伽马射线暴摧毁了地球的臭氧层 , 并引发了一系列的连锁反应 , 最终造成了“奥陶纪大灭绝事件” , 这也是地球上的第一次生物大灭绝事件 。
幸运的是 , 超新星爆发时产生的伽马射线暴是沿着恒星自转轴的方向传播的 , 而根据科学家的观测 , 参宿四的自转轴并没有指向地球 , 而是与地球有一个大约30度的角度 , 因此可以说 , 就算参宿四发生了超新星爆发 , 地球也不会有危险 , 所以我们也不必为此担心 。
好了 , 今天我们就先讲到这里 , 欢迎大家关注我们 , 我们下次再见`
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