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随时都会爆炸的红色巨人——参宿四

位于猎户座“右肩”上,有一颗引人注目的红色恒星,它就是参宿四。它离地球大约有640光年,质量是太阳的10到20多倍,而直径大约是太阳的1000倍。如果把参宿四放到太阳系的中心,它的表面会接近木星轨道,水星、金星、地球和火星都会被它吞噬掉。之所以它这么大,是因为参宿四正处于恒星演化的晚期阶段,已经变为一颗红超巨星了。

晚期阶段的恒星,核心处的氢元素逐渐耗尽,并开始燃烧氦,恒星内部压力平衡会发生变化,星体会开始膨胀,同时表面温度降低,呈现出橙红色。这样,恒星就变为了红巨星。如果质量更大的话,就像参宿四那样,那么我们就叫它红超巨星。

自古以来,人们就注意到了这颗特别的恒星,而且它还出现在许多科幻经典作品中,比如小说《银河系漫游指南》、电影《银翼杀手》等。尽管这颗恒星名声很大,而且已经被我们观察了几个世纪,但是它有许多神秘行为仍然让天文学家困惑不已。

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高速旋转的巨星


通常来说,当一颗恒星演变为红巨星或红超巨星时,它的自转速度会减慢,这就像滑冰者展开胳膊来降低旋转速度一样。然而,最近的观测显示,参宿四的自转速度比先前预想的快得多,赤道的旋转速度达到了15千米/秒,大约是原来估计的150倍。

为了解释这么高的旋转速度,天文学家推测,参宿四原本可能有一个伴星,但是大约在10万年前,它把伴星吞噬掉了。这颗伴星的质量可能与我们的太阳大致相同,它大致处在如今参宿四半径的地方,并围绕后者运行。然后,参宿四变成了一颗红超巨星,并将伴星吞噬掉。这样,伴星会把围绕参宿四时的转动动量,完全转移到参宿四身上,这会使得参宿四旋转加速。

这种假设是很合理的,因为宇宙中大多数大质量恒星都有伴星,那么,肯定有一些会在变为超级巨星的过程中,吞掉自己的伴星。


向外喷涌大量的物质


参宿四的大气范围很广。观测显示,大气都延伸到了恒星可视表面半径的5倍之外。如果参宿四位于太阳的位置,那么它的大气能延伸到海王星轨道那里。此外,其大气中有些区域的温度,比可视表面温度(约为1200开尔文)高出5%到10%。这些高温区域的跨度大约是恒星可视直径的5%到10%,其形状会在几个月的时间尺度上发生变化。

天文学家认为,之所以参宿四存在很大范围的大气,并且内部存在许多高温区域,是因为它正不断向周围的太空喷涌大量的物质。天文学家推测,像参宿四这样的超级巨星,每年都会向外喷出大约一个地球质量的物质。物质一旦离开恒星可视表面,参宿四产生的辐射压力就会驱动物质飞向远处,形成一股强烈的恒星风。恒星风主要由气体(如氢气、一氧化碳和水)构成,还存在少量的尘埃颗粒。

但是,参宿四的表面温度并不是很高,那么这么多的物质究竟如何从参宿四表面逃逸出来的呢?目前,天文学家还没有完全搞清楚。他们正在对不同波段下的参宿四进行观测,探测它的大气组成,来了解这个过程。


处在动态变化之中


另一项对参宿四的研究表明,它看似正在缩小。天文学家利用美国加州的威尔逊山顶部的红外空间干涉仪,发现在15年的时间里,这颗恒星的直径缩小了15%以上。

但天文学家认为,参宿四并不会一直缩小下去,而是处在一种动态变化之中——一段时间会变小,过一段时间后会变大。因为大质量恒星进入生命末期时,核心每当燃尽一种元素后,会点燃下一种更重的元素进行核聚变。在这个过程中,恒星内部的压力情况会不断变化,导致其体积和光度也不断变化。参宿四就处在这个阶段,在这个阶段它可能还要延续数百万年。

针对参宿四的光度的观测,似乎暗示了上面的这种可能。在5到6厘米的波长范围内(微波波段),从1970年前后的第一次测量到本世纪头几年之间,参宿四的亮度似乎变暗了。但随后,这一趋势趋于平稳。在2012年到2015年之间,它逐渐恢复到了原来的亮度。

需要说明的是,对恒星直径的测量可能无法达到很准确,因为参宿四的表面存在着很多大范围的对流区域,所以很难界定恒星的表面具体在哪。天文学家将会不断改进观测办法,来进一步了解参宿四的变化情况。


随时能发生爆炸


只要是初始质量大于8倍太阳质量的恒星,就有机会通过自身的引力坍缩变为超新星。而天文学家一致认为,在未来数百万年里的任何时间,参宿四都有可能发生爆炸,变为一颗超新星。也许现在它已经爆了,只不过光线还没有抵达地球。

爆炸之前,参宿四的核心会开始合成铁,然而合成铁会吸收能量,恒星的辐射压力降低,无法抵抗自身的引力,于是就发生了坍缩。核心处,电子和质子会合并在一起,变为中子,外围的物质会被反弹,引发爆炸,变为一颗超新星。爆炸后,参宿四的核心处会留下一个中子星残骸。而参宿四爆发时瞬间释放的能量,大致相当于太阳在8000万年里释放的能量总和。

目前为止,SN1604是银河系内最后一颗被观测到的超新星,其爆发发生在1604年。SN1604位于蛇夫座内,距地球大约有2万光年,爆发时肉眼可见,而且有3周的时间我们甚至在白天都可以用肉眼观测到。而参宿四距离地球只有约640光年,如果它发生爆炸,那么我们也能很清楚地观测到它。

如果参宿四变为超新星的话,地球上的你能在天空中看到一个亮点,不管是在白天还是夜晚它都可见,而且这种情况将持续数周至数月。这颗超新星的亮度预计将是满月亮度的四分之一,但在几个月之后会逐渐变暗。那么,参宿四变为超新星的话,是否会对地球上的生命产生伤害呢?天文学家认为,它无法产生任何明显的伤害,因为距离太远了。

而在爆发4年后,你在晚上也无法用肉眼看到参宿四了。如此一来,猎户座的“右肩”就永远的消失了。



拓展阅读


未来有没有什么

  超新星能威胁我们?

天文学家估计,超新星要想对地球生物圈产生明显的影响,离我们的距离至多是30光年。而离我们100光年以内所有的恒星中,质量最大的恒星都没有达到太阳质量的3倍,附近也就没有什么恒星能通过自身坍缩变为超新星了。而离我们最近的能通过自身坍缩变为超新星的恒星,就是参宿四。

不过,还存在另一种变为超新星的方式:一颗白矮星通过从其伴星吸收物质来增加质量,当抵达某个质量极限后,它会开始坍缩并引发失控的聚变反应,释放出极高的能量,然后就变为一颗超新星了。飞马座IK B是离我们最近的能变为超新星的白矮星,但它到地球的距离约为150光年。另外,飞马座IK B要能吸收到来自伴星的物质,得等它的伴星飞马座IK B膨胀为红巨星,这可能就需要再等待几十亿年的时间。然而,飞马座IIK B和它的伴星正在远离我们,在500万年后的未来,它们与我们的距离将会超过500光年。所以说,我们也无需担心飞马座IK B。

总之,附近没有什么超新星能威胁到我们。


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