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晚上不用开灯了,参宿四爆炸后亮度将超过满月,或持续半年的时间

已知的观测数据显示,有一颗名为“参宿四”的恒星目前正处于即将爆炸的状态,而从理论上来讲,参宿四爆炸后亮度将超过满月,或持续半年的时间,在其光芒照耀下,地球上的人类晚上基本上都可以不用开灯了。下面我们就来看看这具体是怎么回事。

参宿四在天空中位于猎户座方向,距离我们大约640光年,是一个体积比太阳大得多的庞然大物,根据科学家的测算,这颗恒星的半径至少有太阳的764倍,最高可达太阳半径的1021倍,什么概念呢?这样说吧,如果将参宿四放在太阳的位置上,那太阳系中的水星、金星、地球、火星、小行星带都将被它吞没。

尽管参宿四的体积是如此巨大,但它的质量却“只有”太阳的16.5至19倍,也就是说,参宿四其实是一个“虚胖子”,而之所以会这样,其实是因为它是一颗“红超巨星”,已经步入了它的“生命末期”阶段。

在“红超巨星”核心反应区,氢元素早已消耗殆尽,而在其核心进行核聚变反应的,则是比氢元素更重的元素,由于元素越重,其发生核聚变的条件就越高,因此“红超巨星”核心的核聚变反应其实是一个循序渐进的过程。

例如氦元素会聚变成碳元素,但氦元素聚变时的条件,并不足以启动碳的核聚变,所以碳就会不断堆积,当氦消耗完毕之后,恒星就会因为内部失压而持续收缩,导致其核心温度和压力不断升高,当达到一定程度时,就会启动碳的核聚变,而碳耗尽之后,恒星又会收缩,进而启动更重元素的核聚变……

如此一来,“红超巨星”的内部就会进行一轮又一轮的核聚变,进而生成越来越重的元素,但这个过程是有“终点”的,因为铁元素的核聚变不会释放能量,反而会吸收能量,因此当核聚变进行到铁元素的时候,“红超巨星”的内部就会彻底失压,这样的情况一旦出现,就会导致它们发生灾难性的坍塌,并最终发生极为猛烈的爆炸,这样现象就被称为“超新星爆发”。

也正因为如此,科学家才普遍认为参宿四注定是会发生爆炸的,但问题是,它还要多久才会爆炸呢?我们接着看。

需要知道的是,作为恒星“核燃料”的元素越重,其消耗的速度就越快,并且这种速度是指数级的增加,根据恒星演化模型,像参宿四这种质量的恒星,其氢元素可以支持其“燃烧”大约1000万年,氦元素就变成了大约100万年,碳元素则迅速降低至仅仅只有1千年左右,至于比碳更重的元素,加起来也不过14天左右的时间。

所以我们只需要知道参宿四目前的“核燃料”是哪种元素,就可以据此大致估算出它的爆炸时间,那具体应该怎么做呢?一个可行的办法就是,从它的“脉动周期”入手。

简单来讲,恒星的体积并不会一成不变,这是因为核聚变的速率对温度高度敏感,当其核心的温度降低了,其反应速率也会随之降低,于是恒星就会发生收缩,恒星收缩了,核心的温度就会变高,于是核聚变的速率又会提升,这会使恒星出现一定程度的膨胀,而恒星膨胀了,其核心的温度又会降低……

这样一来,恒星的体积就会一直处于一种“一会儿收缩,一会儿膨胀”的状态,这就被称为恒星的“脉动”。

对于太阳这样的主序星来讲,其“脉动”极为轻微,以至于可以忽略不计,但像参宿四这样的“红超巨星”,其“脉动”就要明显得多,即使隔着640光年的距离,我们都可以观测得到。

由于不同元素类型的“核燃料”,其造成的“脉动周期”也有各自的特点,因此通过对参宿四的“脉动周期”进行观测和分析,就可以推测出它目前的“核燃料”是哪种元素,实际上,正是通过这种方法,科学家推测出它目前的“核燃料”是——碳元素。

正如前文所言,碳元素只能支持参宿四“燃烧”大约1千年的时间,而在此之后的元素加起来也不过14天左右,这就意味着,在未来的1千年里,参宿四很可能就会发生爆炸。

(↑参宿四实拍图)

因为我们不知道参宿四核心的碳元素的具体消耗程度,所以我们并不能准确地预测出它的爆炸时间,从理论上来讲,如果就在现在,它核心的碳元素就消耗完了,那大约14天后,我们就可以看到它的爆炸,如果它核心碳元素的核聚变才刚刚开始,那它的爆炸,则会发生在1千年之后。

需要指出的是,这只是我们在地球上所观测到的现象,实际上,参宿四距离我们大约640光年,这就意味着,它发出的光,需要大约640年才能抵达地球,所以我们看到的,其实是大约640年之前的参宿四……

由于观测水平的限制,科学家对参宿四的具体情况还不是特别清楚,只能根据已知的观测数据去估算一个大致的范围,估算结果为,参宿四爆炸后的亮度将超过满月,其亮度最高可以达到满月的大约3倍。在这种亮度下,如果没有云层遮挡,地球上的人类晚上就可以不用开灯了,而在观测条件良好的情况下,在白天都可以看到参宿四。

根据科学家的估算,参宿四发生“超新星爆发”的整个过程,将持续大约半年的时间,而考虑到参宿四位于天赤道附近,因此届时地球上绝大部分区域的夜空都可以被它照亮。

值得一提的是,640光年是一个非常遥远的距离,即使是“超新星爆发”,也不足以对地球形成任何威胁,所以我们完全不必对参宿四的爆炸感到担心,或许在未来的某一天,我们就可以亲眼目睹这一壮观的宇宙现象。

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