爱读书 探索 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

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

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。

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

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。

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

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

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

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。

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

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。

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