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参宿四已爆炸为超新星了吗?它会摧毁地球吗?

返朴  · 公众号  ·  · 2020-02-03 10:02

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(假定将星星放到距离地球32.62光年,观测到的视星等就是绝对星等) ,而超新星的绝对星等大约是-18等左右,比参宿四亮了大约12等。根据星等的定义,每降低5等,亮度变为原来的100倍;降低10等,亮度变为原来的1万倍;降低12等,亮度提升6万多倍。换句话说,如果参宿四真的已经爆发为超新星,只需要十天 (甚至五天) 左右,它就可以变亮6万倍左右。

结果,过去几天,它不仅没有继续增亮,反而又继续暗了下去。所以,前几天的变亮只是它的常规变化行为,并不是因为它已经爆炸为超新星。

由于参宿四距离我们大约700光年,这么短的距离内,宇宙膨胀效应可以忽略不计,所以它发出的光要跑大约700年才到我们这里。换句话说,我们每次看到的都是它此前大约700年前发出的光。为了讨论的方便,我们扣除这700年的时间差。比如,我们说的几天前的它的亮度,其实是它在700年加几天之前的亮度,但我们还是直接说几天前。

超新星爆炸前会持续变暗吗?

既然参宿四前几天的突然变亮只是短暂行为,变暗仍然是它当前的主要趋势,那么我们就可以重新回到这个问题:它持续变暗,是因为它即将爆炸为超新星吗?


答案会令很多人失望:恒星演化理论与超新星爆发理论都没有预测恒星爆炸为超新星之前会先持续变暗。

其实,导致恒星变暗的原因有很多:恒星自身收缩、恒星温度降低、恒星表面热区域与冷区域的位置变化、恒星喷发出大量尘埃,以及上述多种原因的组合。


以恒星喷发大量尘埃为例,当恒星喷发出大量尘埃后,尘埃会吸收一部分可见光,尘埃被这些光加热后,散发出红外线,这就使得恒星的可见光亮度降低。

参宿四是一颗红超巨星,而且质量超过了18个太阳质量,它在核心可以用来聚变的氢都聚变为氦之后,会依次进行更高难度的聚变反应,比如把氦变为碳,直到把硅聚变为铁——这个过程并不是简单地将两个硅聚变为铁,而是通过一系列复杂反应完成的。


硅聚变完成后,超新星就立即在此后几秒内爆发。严格说,这类恒星就是在铁核心积累到足够大时就突然向内塌缩,硅聚变同时停止,然后超新星立即爆发。

对于参宿四这样的恒星,氢聚变为氦的时间可以持续几百万年,但硅聚变为铁的过程非常短——以小时来计算。所以你指望小时量级的硅聚变阶段可以导致恒星持续几十天以上变暗,显然是不可能的,因为连时间的尺度都对不上。

但如果变暗的原因是恒星表面的剧烈变化或者恒星喷发出强烈富含尘埃的星风,那就确实意味着这颗星正在快速走向生命终点:很多恒星在快要死亡时,会喷发出特别强烈的星风,裹挟着大量尘埃。


但对于一颗恒星,这样的剧烈喷发可以发生很多次。有时候,恒星喷发物质之后几年,恒星就爆炸为超新星;有时候,恒星喷发物质之后几十年,恒星才爆炸为超新星。此外,有时候恒星喷发出的物质还会碰撞之前喷发出的物质,将机械能转化为内能,发出强光,反而变亮了——这就是“假超新星”。


对于参宿四,我们根本不知道它的变暗是不是因为强烈的物质喷发导致的。即使假定是物质喷发导致,也无法确定它会在几年还是几十年甚至几百年后才会爆发为超新星。


如果参宿四爆发为超新星,它会有多亮

上面说过,如果参宿四爆发为超新星,它会变亮大约12等。参宿四的视星等 (记住,此处讨论视星等,不是绝对星等) 最亮时为0等,将0减去12,得到的是-12等。假如它爆发为超新星后还可以更亮1等,那它的视星等就是-13等。

满月的视星等大约是-12.4等,太阳的视星等是-26.7等。对比之后就会发现,参宿四爆发后最亮时会与满月差不多亮,夜晚照出人影是没问题的。但即使是最亮时,它看上去也显然要比太阳暗得多。出现两个太阳的情况是不可能的。

如果参宿四爆发为超新星,它会毁灭地球吗?

如果有人问你这个问题,你可以反过来问他:那月光会毁灭地球吗?参宿四爆发为超新星之后,最亮时看起来也才月亮那么亮,意味着它发出的光落在地球上的流量与月光照射地球时的流量一样。

从另一个方面说,参宿四与地球的距离大约为700光年,而早已有严肃的研究表明,只有距离地球10光年以内的超新星爆发才有可能破坏地球大气,进而破坏生态圈。

有些人还认为:参宿四爆发后产生的伽玛射线暴如果方向恰好对准地球,就有可能摧毁地球生物圈。


但参宿四是一颗红超巨星,有很厚的氢包层。如果伽玛射线暴由喷流产生,那么,即使参宿四爆炸后内部产生喷流,喷流也会被氢包层吞没,而不可能产生伽玛射线暴。如果伽玛射线暴来自激波突破,参宿四也不可能产生伽玛射线暴:红超巨星的激波突破辐射不可能是伽玛射线,只能是紫外线与可见光,它们无法伤害地球大气。







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