危險的參宿四比太陽大7億倍,隨時有爆炸的可能?科學家給出時間

在浩瀚的 銀河系中,平均 50年就會發生一次 超新星爆發事件。如果這顆恒星離我們 足夠近,并且 足夠亮,當它爆炸的時候,或許我們在 白天都能看到。

公元1054年,我國宋朝有幸曾記錄到一次超新星爆發事件

那麼超新星爆發對 地球會不會產生 不好的影響呢? 會的,超新星爆發會釋放出大量的 宇宙射線,而其中的 伽馬射線對地球會造成很大的影響。

本文的主角是一顆名為 參宿四的星球。這是一顆怎樣的 恒星?目前參宿四處于什麼樣的 狀態呢?超新星爆發需要經歷什麼樣的 過程?參宿四爆炸會對 地球產生影響嗎?接下來我們就來了解一下,比太陽還大 7億倍的參宿四有多 危險什麼時候會爆炸?科學家對此計算出了 爆炸時間

超新星爆發示意圖

參宿四

冬季的獵戶座可以說是天空中最靚麗的一道風景線,而這顆位于獵戶座肩膀的 紅色恒星,是從地球上看,天空中 第十亮(有時也會成為第九亮)的星星。

圖中紅色的星——獵戶座的參宿四

在獵戶座中, 參宿四占地面積尤其突出,雖然它沒有其他幾顆參宿星 ,但是并不妨礙它稱為 宇宙中已知體積最大的恒星之一

關于參宿四的具體數據,科學家們一直沒能準確計算,尤其是它的 體積、半徑、質量以及與地球的距離

假如將它放在太陽系中間,它的半徑可到達木星軌道附近

參宿四的遠距離與大體積

雖然我們在晚上能夠輕易地看到它,但實際上它距離地球的距離 十分遙遠,科學家根據 演化模型,得出參宿四與地球之間有 640光年的距離。如果大家對這個距離沒有概念,那你們可以想想 太陽與地球的距離

根據計算,從太陽到地球的距離約為 1.496億公里,如果換算為光年,那就是 0.0000158光年。所以,參宿四對于我們來說已經十分遙遠了。

參宿四和太陽的距離都非常遙遠

科學家根據參宿四的相關數據,估算出其 半徑約為太陽的887-955倍,也就是說它的 體積已經達到 太陽的7-8.7億倍,而其 質量也可以達到太陽的 16.5-19倍

我們知道,一顆恒星的 質量越大,那就意味著它的 壽命消耗的會更加快速。因此即便根據觀測和計算,參宿四的壽命可能只有 1000萬年,但實際上它已經 步入晚年

參宿四的超新星爆發猜想圖

參宿四有爆炸的可能

恒星不會一直存在于宇宙中,當它體內的 能量消耗殆盡時,它就會 消亡。而一些 質量超過太陽五倍的恒星,就會成為 紅超巨星。燃燒到后期產生 鐵元素之前,恒星可以通過 核聚變獲得能量。

但是此時的恒星內部已經沒有能量可以 對抗重力,于是核心就會 瞬間坍縮,發生 超新星爆發。而后它的命運就會根據質量來決定它是成為宇宙的饕餮—— 黑洞,還是繼續發光發熱的 中子星

黑洞具有超強引力,光線都無法從它們的事件視界中逃逸

而此時的參宿四就處于 紅超巨星階段,當它內部的元素燃盡時,也會發生 超新星爆發

參宿四的變化

近年來,參宿四的一些變化引起了科學家的注意。據觀測, 從1993年到2008年,參宿四的 體積一直在縮小,其半徑已經比從前小了 15%。急速縮小的體積,也就意味著它的 重力在面臨崩潰

并且從 2019年12月開始,參宿四開始 逐漸變暗,這讓不少科學家都認為它可能 隨時都要爆炸。直到 2020年開頭的幾周,它的亮度已經降到了原本的 36%,整整變暗了 2/3的亮度,讓科學家更是確信我們將看到一場 持續幾個月的超新星爆發現象

參宿四的光度變化,周期變化不確定、忽亮忽暗

根據參宿四的 質量和體積,若它發生 超新星爆發,成為中子星和小質量黑洞的 機率相當。而當它爆炸的時候,它的絕對星等可能會達到 -17等,亮度可能是滿月的 三倍

不過這顆參數四并沒有科學家們想象的那麼 乖巧,它似乎只是跟我們開了個 「關燈」的玩笑。因為到 2020年3月的時候,它的亮度已經 恢復如常

2019~2020光變化曲線

為什麼會變暗?

科學家在 《天體物理學雜志通訊》上發表了一項研究,表明這顆恒星的實際在 過去十幾年來,并沒有什麼變化

而導致它的亮度變暗的原因,應該是我們的視線, 被恒星以塵埃云的形式所脫落的物質擋住

近年來變亮的參宿四的形態

科學家稱,這種現象在紅超巨星的生命周期中 時常會發生,而這些脫落的物質會以 塵埃的形式凝結在恒星的周圍,并且 吸收恒星的部分光線。所以我們才會在短短幾個月的時間,觀測到它 「變暗」的現象。

參宿四會爆炸嗎?

那麼參宿四到底會不會 爆炸呢?作為一個已經接近 壽命晚期的恒星,參宿四 一定會發生爆炸。那它到底會在 什麼時間發生爆炸呢?科學家對此展開了研究。

一光年為9.4607×10^12千米

從發現參宿四在變暗之后,澳大利亞國立大學的天文學家 梅里迪思·喬伊斯(Meridith Joyce)就帶領團隊展開了對參宿四的研究。

研究得出的結論是,參宿四發生 超新星爆發的時間大約會在 90萬年以后

超新星爆發的構想圖

這個時間的結論,其實是根據恒星 內部元素燃燒的時間得出來的。對于參宿四這樣的 大質量恒星,發生超新星爆炸一般就是以 「核心坍縮」的形式出現。那麼參宿四的內部元素已經燃燒到 哪個階段了呢?

大質量恒星內部的元素燃燒

我們先來了解一下大質量恒星內部元素的 燃燒過程

核心產生的光子突破物質來到光球層,是隨機的前進方向

首先,恒星會在 主序星階段大量燃燒 氫元素,這個過程持續的 時間最長。此時恒星內部的溫度可以達到 1000萬℃,將全部的氫元素燃燒完成大概會需要 1000萬年左右。

氫元素的然后會發生 核聚變產生 氦元素,此時的恒星內部已經 開始坍縮,溫度也會升高至 2億℃。隨后氦元素的燃燒也開始了,這個過程會大約持續 100萬年左右。

氘氚核聚變示意圖

氦元素核聚變產生的 碳和氧,又會在 10億℃的高溫下,繼續燃燒發生 核聚變,此時的時間已經縮短至大約 1千年

碳元素的燃燒會產生更多的 重元素,比如 氖元素、鈉元素、鎂元素和鋁元素,此時燃燒它們的溫度達到 15億℃,只需要燃燒 3年左右。

超新星爆發形成的星云,圖是不同波段下的蟹狀星云圖

上述元素在 20億攝氏度的高溫下,會產生 硅元素、硫元素、鈣元素和氬氣,此時的燃燒時間只有 110天

最后當這些元素燃燒完后,就會產生 ,這個過程只需要短短 14天。但是鐵原子核的聚變 不會釋放出能量

發生了超新星爆發的船底座AG的2014年和2021年圖像對比

當恒星內部的元素燃燒至此時,就會因為 核心沒有能量抵抗恒星 自身的重力,使得核心迅速坍縮,這個速度可以達到 光速的20%

此時恒星 內部的電子會在 巨大的重力下,與原子核中的質子合成 中子,隨后這些密集的種子就會讓恒星的核心擁有強大的 「中子簡并壓」,如果 外層的物質對這個致密的核心發起 猛烈的沖擊

太陽每秒所釋放的能量可以滿足全人類25萬年的能源需求

恒星的 超新星爆發現象就會在此時發生, 釋放出大量的能量

參宿四的核心燃燒

梅里迪思帶領的團隊通過參宿四的觀測數據,對參宿四的 演化進行 模擬,然后根據 流體動力學模型和恒星脈動模型等進行分析。

得出的結果顯示,參宿四目前還處于 燃燒氦元素的階段,并且只燃燒了大約 10萬年的時間,也就是說還處于氦元素燃燒的 早期

等塵埃物質散去,參宿四的亮度就會回到正常水平

根據我們上面對大質量恒星 燃燒元素的過程及所耗費的大致時間,就可以得出參宿四的爆炸大約還需要 90萬年的時間。

參宿四爆炸會對地球產生影響嗎?

最開始我們也提到,超新星爆發釋放的 宇宙射線會對地球造成一定的危害,但是參宿四爆炸時產生的影響或許 會比較小

因為這顆恒星距離地球的距離 并不近,雖然它的爆炸會形成 離地球最近的一次超新星爆發事件,但是從它爆炸起,我們至少要等到 640年之后才會受到影響。

超新星爆發后的1987A,在不同波段的遺跡時間演化圖

而且由于參宿四的自轉軸和太陽系方向差了 30多度,在這樣的情況下,其產生的 伽馬射線并不會對地球造成多大的危害。


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