太陽對於整個太陽系來說巨大無比,它的質量佔整個太陽系的99%。可是放眼整個宇宙,只能說太陽之外還有恆星,而且是比它大很多的恆星。
這其中就是非常著名的一顆晚年恆星——參宿四。天文學家之所以對它十分關注,是因為指不準哪天它就爆炸了!可以說它是潛伏在宇宙中的危險分子。
參宿四
參宿四的名字簡單直接,就是參宿的第四顆恆星,當然,也可以叫它獵戶座α星。這是宇宙中最亮的恆星之一,在夜空可以用肉眼看見它。
同時它也是一顆巨無霸恆星,直徑887 ± 203 或955 ± 217 D⊙,質量是11.6 + 5.0 或 11.6 - 3.9 M⊙。⊙這個符號代表太陽,因為參宿四與太陽的距離為大約700光年,它本星的位置一直不太能確定,所以關於它的大小隻能維持在一個範圍內,參宿四的體積大約比太陽大15億倍。
如果將太陽換成參宿四,包括地球在內的前六顆行星全部都會被吞沒,就只剩下土星、天王星和海王星在外面。參宿四並不是獵戶座最亮的那顆,最亮的是參宿七,也就是獵戶座β星。參宿四與天狼星、南河三組成一個大三角,在夜空中很容易被發現,被人們稱為“冬季大三角”。
“冬季大三角”
它之所以這麼亮這麼大,是因為參宿四已經步入了自己的老年期——超紅巨星。說出來可能不信,參宿四的年紀只有幾百萬到幾千萬年,同太陽的46億年相比,它是個弟弟。但是它的命運基本上已經走到了末路。
為何它的壽命這麼短呢?這是因為恆星的發光發熱來自於自身的氫核聚變,恆星體積、質量越大,核聚變的速度也就越快,它的壽命也就越短。參宿四此時就是在迴光返照,將自己能夠消耗的能量全部消耗殆盡,因此才會散發出巨大的光亮與熱量。那麼參宿四的命運到底會有怎樣的進展呢?
超新星爆炸
恆星的一生有限,可是對於人類來說也是很久遠的,我們不可能連續不斷地觀察一顆恆星,從它出生到死亡。就拿我們最熟悉的太陽為例,它的壽命大約有100億年,現在才剛剛走完自己的一半,還有大約50億年的時間夠它揮霍。
人類當然不可能為了得到一個恆星的演化路線苦等50億年的,於是我們透過觀察太空中不同階段的恆星,總結出了恆星的一生。
無論是太陽也好還是參宿四也好,都是誕生在一片星雲之中,透過粒子的聚合形成了恆星。二者也同樣會經歷一個穩定的主序星時期,期間,它們會穩定輸出。由於質量的差別,二者後來的演化路線會完全不同。
參宿四的主序星時期比起太陽來說很短,只有區區幾百萬到幾千萬年,然後步入了自己的老年期,成為了一顆超紅巨星。太陽則會繼續下去,直到大約50億年後成為紅巨星。
參宿四現在正在不停地膨脹,所以人類觀測到的資料總在不停地變化。在它的核心,氦正在核聚變為質量更大的物質,而它僅剩的一點氫也在肆意消耗。這就導致參宿四內部在收縮,而外部在膨脹,最後整個星體承受不住這個合力差,發生坍縮。
因為質量實在是太大了,參宿四會發生驚天動地的變化——超新星爆炸。爆炸會將參宿四核心外的部分的全部甩出去,留下光禿禿的核心。
參宿四的歸宿
天文學家根據觀測到的演化過程,根據恆星的質量得出了三個結局。以8個太陽質量8 M⊙為分界線,小於這個質量的恆星,不會發生超新星爆炸,只會發生坍縮,留下核心。這個核心已經失去了一切產生能量的能力,僅靠最後殘餘的能量發出慘白微弱的光,叫做白矮星。
我們的太陽就是這個結果。參宿四的質量在太陽的十倍以上,它會是另一個演化路線,在超新星爆炸之後核心成為中子星。
中子星是宇宙中引力第二強的天體,也是密度第二大的天體,小小的一立方厘米,質量在1億噸以上。這樣巨大的引力,就連光都沒辦法順利逃脫,在中子星的引力範圍內,光不會沿直線傳播,會出現一定的曲率。
由於超新星爆炸能量太過於巨大,有些中子星會殘留一部分,形成脈衝,因此這類中子星又稱為脈衝星。不是每一顆中子星都是脈衝星,但脈衝星一定是中子星。
既然中子星是宇宙中密度第二大的天體,那麼誰是第一呢?密度最大,引力最大的天體當屬黑洞,就連光也無法逃離。目前人類觀測到的黑洞很少,因此天文學家也不能確定中子星與黑洞的形成質量差距。不過就觀測到的數量來看,參宿四大機率是成為一顆中子星。
由於參宿四已經位於自己的晚年,它可能隨時就發生超新星爆炸了,這只是時間上的問題。我們最關心的是,它何時爆炸,爆炸對地球是否會有影響。
爆炸的時間與結果
一般來說,越是質量大的恆星,它在晚年呆的時間就越短。從2019年開始,天文學家就發現,參宿四不再像以前那樣亮了。這說明,參宿四表面的氫已經消耗得超不多了,它開始進入死亡倒計時。雖然它的演化速度算是恆星裡面比較快的,但是在以百萬年為單位的宇宙,這個衰亡過程也是需要時間。
根據人類觀測各種形態的恆星得出的演化路線,參宿四這種質量的恆星,會經歷大約10萬年的衰亡期,然後迎來自己的超新星爆炸。爆炸之後,它成為一顆中子星。但是這並不是參宿四真正的結局,有沒有想過為什麼恆星的死亡爆炸會被稱為超新星爆炸?這是因為,一個恆星的死亡意味著另一顆恆星的新生。
1987年,人類第一次觀測到麥哲倫星雲中形成了一顆恆星,而星雲就來自恆星在超新星爆炸中甩出來的部分。也就是說,沒有老恆星的消亡,就不會有星雲誕生,沒有星雲也就不會有新生的恆星誕生。
一切都是物質的傳遞,如同一場場儀式,讓宇宙生生不息。參宿四的命運已經註定,它會在爆炸中消亡,但另一顆恆星會因為它的爆炸而出生。人類想要目睹參宿四的爆炸過程,恐怕要等10萬年之後了,不過這個爆炸會對地球產生什麼影響嗎?
對地球的影響
以參宿四的體積和質量,它的爆炸會產生很大的能量。第一波出現在宇宙中的物質是中微子,它會比爆炸產生的光更快到達地球,不過中微子不具備傷害能力,它只是形成物質的一種基礎組成而已。
中微子會比光快大約3個小時。第二波出現的物質就是光子,光具有波粒二象性,因此它具備能量。只不過參宿四距離地球大約700光年,等超新星爆炸的光到達地球,已經是爆炸發生700年以後了。
超新星爆炸最大的影響是伽馬射線,它被稱作生命的大敵,能夠改變DNA雙螺旋結構,讓生物發生基因突變。更重要的是,我們賴以為生的臭氧不可能百分百抵抗伽馬射線,它們會被伽馬射線分離。
真正保護地球不被伽馬射線困擾的,是地球的磁場。伽馬射線進入地球的磁場後,會發生偏折。但是,磁場有一定的限度,如果伽馬射線太過於強烈,比如伽馬射線暴來臨,地球磁場也擋不住。
慶幸的是,伽馬射線在50光年處就會失去大部分能量,也就是說距離地球50光年以外的超新星爆炸都不會對地球有什麼影響。因此科學家們表示,大家可以放心,參宿四要再過大約10萬年才會爆炸,而且爆炸對地球也沒有太大的影響。唯一的影響可能是,夜空會失去一顆明亮的星星。