危險的參宿四比太陽大7億倍,隨時有爆炸的可能?科學家給出時間

參宿四

冬季的獵戶座可以說是天空中最靚麗的一道風景線,而這顆位于獵戶座肩膀的 紅色恒星,是從地球上看,天空中 第十亮(有時也會成為第九亮)的星星。

圖中紅色的星——獵戶座的參宿四

在獵戶座中, 參宿四占地面積尤其突出,雖然它沒有其他幾顆參宿星 ,但是并不妨礙它稱為 宇宙中已知體積最大的恒星之一

關于參宿四的具體數據,科學家們一直沒能準確計算,尤其是它的 體積、半徑、質量以及與地球的距離

假如將它放在太陽系中間,它的半徑可到達木星軌道附近

參宿四的遠距離與大體積

雖然我們在晚上能夠輕易地看到它,但實際上它距離地球的距離 十分遙遠,科學家根據 演化模型,得出參宿四與地球之間有 640光年的距離。如果大家對這個距離沒有概念,那你們可以想想 太陽與地球的距離

根據計算,從太陽到地球的距離約為 1.496億公里,如果換算為光年,那就是 0.0000158光年。所以,參宿四對于我們來說已經十分遙遠了。

參宿四和太陽的距離都非常遙遠

科學家根據參宿四的相關數據,估算出其 半徑約為太陽的887-955倍,也就是說它的 體積已經達到 太陽的7-8.7億倍,而其 質量也可以達到太陽的 16.5-19倍

我們知道,一顆恒星的 質量越大,那就意味著它的 壽命消耗的會更加快速。因此即便根據觀測和計算,參宿四的壽命可能只有 1000萬年,但實際上它已經 步入晚年

參宿四的超新星爆發猜想圖

參宿四有爆炸的可能

恒星不會一直存在于宇宙中,當它體內的 能量消耗殆盡時,它就會 消亡。而一些 質量超過太陽五倍的恒星,就會成為 紅超巨星。燃燒到后期產生 鐵元素之前,恒星可以通過 核聚變獲得能量。

但是此時的恒星內部已經沒有能量可以 對抗重力,于是核心就會 瞬間坍縮,發生 超新星爆發。而后它的命運就會根據質量來決定它是成為宇宙的饕餮—— 黑洞,還是繼續發光發熱的 中子星

黑洞具有超強引力,光線都無法從它們的事件視界中逃逸

而此時的參宿四就處于 紅超巨星階段,當它內部的元素燃盡時,也會發生 超新星爆發

參宿四的變化

近年來,參宿四的一些變化引起了科學家的注意。據觀測, 從1993年到2008年,參宿四的 體積一直在縮小,其半徑已經比從前小了 15%。急速縮小的體積,也就意味著它的 重力在面臨崩潰

并且從 2019年12月開始,參宿四開始 逐漸變暗,這讓不少科學家都認為它可能 隨時都要爆炸。直到 2020年開頭的幾周,它的亮度已經降到了原本的 36%,整整變暗了 2/3的亮度,讓科學家更是確信我們將看到一場 持續幾個月的超新星爆發現象

參宿四的光度變化,周期變化不確定、忽亮忽暗

根據參宿四的 質量和體積,若它發生 超新星爆發,成為中子星和小質量黑洞的 機率相當。而當它爆炸的時候,它的絕對星等可能會達到 -17等,亮度可能是滿月的 三倍

不過這顆參數四并沒有科學家們想象的那麼 乖巧,它似乎只是跟我們開了個 「關燈」的玩笑。因為到 2020年3月的時候,它的亮度已經 恢復如常

2019~2020光變化曲線

為什麼會變暗?

科學家在 《天體物理學雜志通訊》上發表了一項研究,表明這顆恒星的實際在 過去十幾年來,并沒有什麼變化

而導致它的亮度變暗的原因,應該是我們的視線, 被恒星以塵埃云的形式所脫落的物質擋住

近年來變亮的參宿四的形態

科學家稱,這種現象在紅超巨星的生命周期中 時常會發生,而這些脫落的物質會以 塵埃的形式凝結在恒星的周圍,并且 吸收恒星的部分光線。所以我們才會在短短幾個月的時間,觀測到它 「變暗」的現象。

參宿四會爆炸嗎?

那麼參宿四到底會不會 爆炸呢?作為一個已經接近 壽命晚期的恒星,參宿四 一定會發生爆炸。那它到底會在 什麼時間發生爆炸呢?科學家對此展開了研究。

一光年為9.4607×10^12千米

從發現參宿四在變暗之后,澳大利亞國立大學的天文學家 梅里迪思·喬伊斯(Meridith Joyce)就帶領團隊展開了對參宿四的研究。

研究得出的結論是,參宿四發生 超新星爆發的時間大約會在 90萬年以后

超新星爆發的構想圖

這個時間的結論,其實是根據恒星 內部元素燃燒的時間得出來的。對于參宿四這樣的 大質量恒星,發生超新星爆炸一般就是以 「核心坍縮」的形式出現。那麼參宿四的內部元素已經燃燒到 哪個階段了呢?

大質量恒星內部的元素燃燒

我們先來了解一下大質量恒星內部元素的 燃燒過程

核心產生的光子突破物質來到光球層,是隨機的前進方向

首先,恒星會在 主序星階段大量燃燒 氫元素,這個過程持續的 時間最長。此時恒星內部的溫度可以達到 1000萬℃,將全部的氫元素燃燒完成大概會需要 1000萬年左右。

氫元素的然后會發生 核聚變產生 氦元素,此時的恒星內部已經 開始坍縮,溫度也會升高至 2億℃。隨后氦元素的燃燒也開始了,這個過程會大約持續 100萬年左右。

氘氚核聚變示意圖

氦元素核聚變產生的 碳和氧,又會在 10億℃的高溫下,繼續燃燒發生 核聚變,此時的時間已經縮短至大約 1千年

碳元素的燃燒會產生更多的 重元素,比如 氖元素、鈉元素、鎂元素和鋁元素,此時燃燒它們的溫度達到 15億℃,只需要燃燒 3年左右。

超新星爆發形成的星云,圖是不同波段下的蟹狀星云圖

上述元素在 20億攝氏度的高溫下,會產生 硅元素、硫元素、鈣元素和氬氣,此時的燃燒時間只有 110天

最后當這些元素燃燒完后,就會產生 ,這個過程只需要短短 14天。但是鐵原子核的聚變 不會釋放出能量

發生了超新星爆發的船底座AG的2014年和2021年圖像對比

當恒星內部的元素燃燒至此時,就會因為 核心沒有能量抵抗恒星 自身的重力,使得核心迅速坍縮,這個速度可以達到 光速的20%

此時恒星 內部的電子會在 巨大的重力下,與原子核中的質子合成 中子,隨后這些密集的種子就會讓恒星的核心擁有強大的 「中子簡并壓」,如果 外層的物質對這個致密的核心發起 猛烈的沖擊

太陽每秒所釋放的能量可以滿足全人類25萬年的能源需求

恒星的 超新星爆發現象就會在此時發生, 釋放出大量的能量

參宿四的核心燃燒

梅里迪思帶領的團隊通過參宿四的觀測數據,對參宿四的 演化進行 模擬,然后根據 流體動力學模型和恒星脈動模型等進行分析。

得出的結果顯示,參宿四目前還處于 燃燒氦元素的階段,并且只燃燒了大約 10萬年的時間,也就是說還處于氦元素燃燒的 早期

等塵埃物質散去,參宿四的亮度就會回到正常水平

根據我們上面對大質量恒星 燃燒元素的過程及所耗費的大致時間,就可以得出參宿四的爆炸大約還需要 90萬年的時間。

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