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640光年外的参宿四超新星爆发,真会威胁到地球吗?

关于世界末日的传闻想必各位已经看得不要不要了,无论是真正的五大生命灭绝事件,还是诺查丹玛斯或者霍金的预言,末日论总是出镜率最高的,各大媒体分析时会将超新星爆发作为一个非常重要的威胁而列在其中,因为地质史上的灭绝事件据信有多次是超新星爆发造成,作为距离地球最近,在未来最有可能爆发成超新星的参宿四,会真的威胁到地球吗?

SN1994D超新星爆发

为什么会超新星爆发?

超新星是大质量恒星演化的一个阶段,一般这种恒星的质量会在太阳质量的8-10倍以上,因为足够质量的恒星才会在中心形成铁核,此时在恒星的外壳是氦燃烧阶段就极度膨胀的气壳,而越向内则是不断累积的重元素堆积壳层,犹如一个洋葱,形成的元素越重,其聚变就越剧烈,最后铁核的形成可能只需要几天乃至几小时,元素从氦聚变到铁时,再不会前进一步,因为铁以后的元素聚变无法通过原子核聚变发生。

当然铁核形成时,恒星距离超新星爆发可能就只能以分钟计算了,外壳和内核在没有辐射压的支撑下坍缩,将会导致温度迅速增加,参宿四的质量大约是太阳的12倍左右,不至于形成黑洞,因此坍缩时可能会经历如下情形:

  1. 失控的核聚变:内核周围的非铁元素将瞬间达到聚变条件。

  2. 简并内核开始坍缩时会产生光致蜕变和电子捕获的β衰变,爆发出电中微子流。

  3. 坍缩密度增加时,中微子辐射将被阻断,参宿四的内核只能达到中子简并态,它将阻止恒星进一步坍缩。此时内核将达到1000亿K,热中微子形成中微子反中微子对,此时爆发的能量大约为10^46J,相当于10%的静止质量彻底转换而成的能量,整个过程持续约10S左右,这是这一类超新星爆发的能量来源方式。

  4. 坍缩的外壳和停止坍缩的内核撞击产生的激波,并且将获得从中心中微子脉冲吸收约10^44J的能量,这将会使外壳的所有物质抛离恒星,也就是我们见到的超新星爆发!

  5. 有可能会产生相对论喷流和导致伽玛射线暴

这是8-10倍以上(12倍的参宿四刚好在这个区间内)的爆发过程,当然还有多种超新星爆发模式,每种机理非常复杂,而质量与形式则是最大的区别,比如Ia型超新星是白矮星通过吞噬恒星物质超过钱德拉塞卡极限(1.44倍)时形成的超新星爆发,因此每次质量一致性非常高,爆发能量也相同,因此被作为标准烛光。

白矮星伴星型Ia型超新星爆发

超新星爆发的几个影响。

超新星影响周围的几个方式,一般就是通过直接冲击波影响,光辐射影响以及伽玛射线暴影响三种方式,而根据方式的不同影响范围也不尽相同。

  • 超新星爆发的高能物质冲击

爆发过程会有大量的恒星高能物质喷射,其范围将是整个恒星系,比如太阳超新星爆发(太阳只是氦闪,会有物质抛射,但没有那么剧烈),整个太阳系将会毁灭,甚至都能摧毁伴星,当然1572年的第谷超新星爆发时,伴星幸存了下来!

如果其宜居带内有行星,其实红巨星时代行星就已经毁灭,但超新星爆发会将其彻底摧毁,《星际迷航11》中的一个桥段就是斯波克驾驶飞船拯救一颗即将爆发超新星的恒星时失误,超新星提前爆发摧毁了罗慕伦星而招致报复的故事。其实理论上这种可能性不存在,因为一颗即将爆发的超新星周围不可能存在能发展成高级文明的行星,不是已经被摧毁,就是新的宜居带没有足够时间发展。

  • 光辐射影响

超新星光度急剧增加,几个星期内释放的能量超过太阳整个生命周期的所有辐射能,超新星爆发的辐射将会是数十光年范围称为死亡之地,比如地球周围大约30光年内,任何一种超新星爆发将会对地球产生毁灭性的影响,并不是传说中的伽玛射线暴,而是普通的光辐射即可,比太阳位置换成天狼星的辐射还要强得多,并且持续几个星期,也许只有极夜区才会有生命幸存!

  • 伽玛射线暴

  • 伽玛射线暴主要通过两极相对论喷流出射出,由于辐射比较其中,因此它的影响范围可达数百光年,例如地球周围数百光年内的超新星爆发,如果两极对着地球,那么地球将遭受伽玛射线暴的轰击,大气中的臭氧将和氮结合,地球失去臭氧保护,高能伽马射线甚至直达地表,轰击生物DNA致其断裂,继而导致大规模生命灭绝。

    地球会受到参宿四爆发影响吗?

    参宿四距离地球约640光年,远在高能物质冲击和光辐射的直接影响之外,而参宿四的自转轴和地球也有比较大的倾角,因此这两者并不会直接影响地球,假如参宿四爆发,人类则可以看一场好戏,不过比较可惜的是,参宿四爆发最多持续数周乃至数月时间,之后猎户座将会缺少一个肩膀!

    参宿四爆发模拟GIF

    参宿四什么时候会喷发?也许它已经喷发,但它距离地球640光年,即使牛顿时代已经爆发,那么光到达地球仍需300多年时间!

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