【宇宙科普】體積相當於7億個太陽,危險的參宿四何時爆炸?科學家給出了時間

天空之城 2021/02/15 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城

 

在夜空中閃爍的恒星都有「壽終正寢」的那一天,科學家告訴我們,並不是所有的恒星都會在宇宙中默默地熄滅,比如說太陽在其生命的最後時刻就會膨脹成一顆紅巨星,其龐大的體積甚至可以將地球吞噬,而那些質量比太陽大得多的恒星(初始質量是太陽的8倍以上),通常都會以一種更加壯麗的方式——超新星爆發,來宣告自己的消亡。

超新星爆發釋放的能量,可以輕鬆達到太陽一生釋放出的能量的數十倍甚至更多,在爆炸的過程中,整個星系都會被超新星釋放出的電磁輻射照亮,因此超新星爆發也被人們稱為宇宙中已知的威力最強的爆炸。

由此可見,宇宙中的那些大質量恒星都很危險,一旦發生爆炸,其周圍的很大一片區域都將面臨著嚴峻的威脅,令人擔心的是,距離地球只有640光年的參宿四(Betelgeuse),就是一顆這樣的恒星。

參宿四位於獵戶座方向,觀測資料顯示,它的質量為太陽的16.5至19倍,如此大的質量已經遠遠地超過了恒星發生超新星爆發的臨界值。更重要的是,目前的參宿四的體積相當於7億個太陽,已經是一顆「紅超巨星」,而據我們所知,這正是大質量恒星生命的末期,這就意味著,在不遠的未來,參宿四就會發生威力巨大的爆炸。

危險的參宿四何時爆炸?科學家給出了時間

參宿四一直是科學家們的重點觀測對象之一,上圖為1996年以來參宿四的亮度變化記錄,從中我們可以看到,在過去的很長一段時間裡,參宿四的亮度都在一個正常的范圍內波動,但從2019年10月開始,參宿四就開始異常變暗,到了2020年初,其亮度一度降低到1.8等左右。

在此之後參宿四的亮度又開始大幅上升,當時有不少人都認為,參宿四很可能即將發生爆炸,然而這樣的事情並沒有發生,因為在隨後的時間裡,當參宿四的亮度上升到一定程度的時候,又開始了下降,似乎又回到了正常范圍。

儘管後續的研究表明,參宿四的此次異常變暗應該是一片巨大的塵埃雲所致,但這顆忽明忽暗的「紅超巨星」仍然引起了科學家的注意,在2020年初,一個由澳大利亞國立大學(ANU)的天文科學家梅裡迪思·喬伊絲(Meridith Joyce)領導的研究團隊,開始著手對參宿四進行研究。2021年2月初,該團隊的科學家給出了結論:參宿四的爆炸時間大約為90萬年之後。

為什麼是90萬年之後呢?

已知的超新星爆發可分為「熱核爆炸」和「核心坍縮」兩種類型,像參宿四這種大質量恒星屬於後者。所謂的「核心坍縮」就是指恒星內部的「核燃料」耗盡之後,恒星就會因為失去了核心支撐而迅速坍縮,其最終結果就是引發超新星爆發。

對於大質量恒星而言,它們的「核燃料」其實可以多次利用,簡單來講就是,氫的核聚變反應會生成氦,當氫耗盡之後,恒星就開始坍縮,其核心的溫度和壓強會大幅提高,從而點燃氦的核聚變,氦聚變會生成碳,當氦耗盡之後,又會啟動碳的核聚變,而在碳之後又是更重元素的核聚變,如氧、氖、鎂、矽等等。

這一系列核聚變的最終產物就是鐵,由於鐵原子核即使發生聚變也不會釋放能量,因此當恒星內部的核聚變進行到這一步時,其核心就再也沒有能量來抵抗恒星自身的重力,在這種情況下,恒星外層的物質就會以極高的速度向核心坍縮,其速度甚至可以高達光速的20%左右。

與此同時,恒星核心物質的電子會被巨大的重力壓入原子核,並與原子核中的質子結合形成中子,大量的中子緊縮在一起,讓恒星核心擁有了強大的「中子簡並壓」,當恒星外層的物質猛烈衝擊其緻密的核心時,其攜帶的巨大能量就會在一瞬間釋放,從而發生威力無與倫比的爆炸。

需要注意的是,在上述的過程中,對於不同類型的「核燃料」,其「燃燒」的時間也有很大的不同,具體表現在,參與核聚變的原子核越重,其「燃燒」的時間就越短。

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