参宿四的亮度有所回升,最新研究给出了爆炸时间。人类可能会失望。也就是我们常说的超新星爆发。
我们在历史上记载过,在天上没有星星的地方突然出现了一颗星星,它的亮度甚至超过了天上任何一颗星星,然后在几个月后逐渐发生变化。黑暗直到消失,再也不会出现。
这些事件分别发生在185年、393年、1006年、1054年、1572年和1604年。现在人类已经通过望远镜找到了这些恒星爆炸留下的碎片,而且都距离地球几千年了。光年之外。
1604年的超新星事件是开普勒发现并记录下来的,所以也被称为开普勒的超新星。它发生在距地球13000光年的地方。这也是人类肉眼所见的最后一次恒星爆炸事件。
从今天开始已经过去了400年,人类从未见过超新星。更让我们感慨的是,天文望远镜自1906年发明以来,经历了100多年的发展历程。已经有了前所未有的眼光。
现在的地基天文台和轨道天文台都很先进,可以看到很多遥远天体的细节;例如,我们引以为豪的哈勃太空望远镜,将在今年年底发射哈勃的继任者——韦伯望远镜。
而且,从50年代开始,我们就了解了恒星运动和演化的规律,人类也做好了充分的准备,所以我们迫切需要一颗恒星爆炸来验证我们的理论是否正确,这样才能给我们更清楚地瞥见一颗恒星死亡的疯狂。
相信今天发生的超信心爆炸事件所带来的轰动效应,将是本世纪最大的天文事件,不亚于我们历史上对黑洞的第一次成像。
那么银河系有没有超新星候选呢?
相信大家都会想到距离地球640光年,质量是太阳20倍,半径是90倍,体积是7亿倍的红超巨星:参宿四。
简单来说,数据的庞大你可能比不上。例如,如果参宿四移动到太阳的位置,它就会延伸到木星的轨道并吞噬木星。现在你知道它有多大了。
参宿四是猎户座左肩上的一颗星。猎户座是北半球的冬季星座。现在太阳落山后,你可以很快在南方的天空中找到它。
左肩的那颗星是参宿四,肉眼可以看到比起其他星体略微偏红。
那么为什么人们认为参宿四要爆炸了呢?
参宿四形成时间不长,大约1000万年前,比太阳年轻很多,而太阳有45亿年的历史。由于质量巨大,它消耗核心氢的速度是太阳的2000倍,那么它耗尽核心氢的时间是太阳的1/2000。
所以参宿四现在已经耗尽了它的核心氢元素,离开了主序星的阶段。核内生成堆积的氦核收缩,可以肯定它经历了三次氦碳聚变;
由于输出能量急剧增加,核心外的物质被吹走并膨胀,参宿四变成了一颗红巨星,现在它的表面温度很低,只有3500K,比它低了一半太阳的那个。这是恒星成为超新星的第一步。
所以我们认为它有可能成为下一颗超新星。
不仅如此,参宿四在2019年底还发生了一件大事,它的亮度下降了35%,曾经排在天空亮度前十的位置,但是在2019年12月之后,它的排名跌至第25位。
上图是同一台望远镜拍摄到的参宿四。可以看到右边参宿四的下半部分被什么东西挡住了,导致它的亮度急剧下降。
参宿四是一颗红超巨星。虽然它的质量很大,但核心外的物质非常分散,密度低于太阳。引力和辐射压力之间的不平衡导致光球层周期性膨胀和收缩。
所以参宿四本身就是一颗变星,它的亮度是可以周期性变化的。
上图是参宿四近几十年的亮度变化,但是到了2019年底,也就是2020年初,它的亮度变化非常大,突然变暗,然后亮度慢慢上升。科学家估计,参宿四亮度重回前十的日期是2021年,最迟2023年左右。
亮度的剧烈变化让人觉得它的核心有问题,是不是要熄灭了,是不是要爆炸了?
天文学家不这么认为。
核心问题引起的亮度变化周期会很长,我们不会观察到短时间内亮度变暗变亮。
原因在于核心产生的光子并不是以光速沿直线飞出到达光球层,而是光子在向外传播的过程中会频繁地与致密的带电粒子发生碰撞,导致光子在随机方向上散射。
所以光子从核心到外面的路径是非常复杂的,叫做光子的随机游走。在太阳中,一束光从核心到达光球层至少需要10万年。
参宿四的带电粒子密度低,光子碰撞的概率也低,但到达参宿四表面需要几万年的时间。
因此,参宿四的核心出了问题,光度变化导致恒星表面亮度下降。我们需要等待数万年才能看到它。当核心亮度再次上升时,我们还需要等待数万年。是时候看看了。
因此,参宿四几个月内亮度的变化与核心无关,我们看到的现象只发生在光球层,或者光球层以外的地方。
那么究竟是什么原因导致参宿四变黑呢?
天文学家证实,参宿四的变暗是由简单的光阻挡引起的。
因为它在数百年或数千年前喷射出大量的气体和尘埃,并扩散到周围的星际空间中。物质冷却后变得不透明,挡在了与地球之间,这导致了我们在2019年12月发现的参宿四变暗。
当这些尘埃物质消散后,参宿四的亮度将恢复正常波动。
所以参宿四亮度的变化并不能告诉我们它会不会爆炸,什么时候会爆炸。唯一能决定它何时爆炸的因素,就是它核心目前的聚变进行到什么程度。
所以我们需要确保它目前正在燃烧氦气?烧碳?霓虹灯燃烧?燃烧氧气?烧硅?参宿四只有在其核心的可熔物质耗尽时才会爆炸,只剩下铁、镍和钴。
如果它的核心还在燃烧氦气,至少需要10万年。如果它燃烧碳,可能只需要几千年,剩下的燃烧速度会越来越快,可以忽略不计。
但不幸的是,最近澳大利亚国立大学的一个研究团队通过恒星演化、流体动力学和数学建模对参宿四进行了分析,得出的结论是它正处于燃烧氦气的阶段,所以至少还要再过10万年。
因此,我们这辈子都没有希望看到参宿四爆炸了。
总结
从目前的情况来看,参宿四还能活很长时间,但未来难逃爆炸的命运。当这一天到来时,猎户座左肩上的那颗星的亮度将是天空中满月的亮度,非常明亮。
因为距离地球几百光年,所以它的爆炸不会对我们造成任何影响。反而因为距离近,将成为未来人类研究超新星的最佳样本。
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