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参宿四什么时候爆炸?有生之年能看到吗?

人类现在急切地期盼着在天空中发生一件大事,那就是一颗肉眼可见的恒星发生爆炸,也就是我们常说的超新星爆发。

我们在历史上曾经有记载过,在天空中原本没有恒星的地方,突然出现了一颗恒星,它的亮度甚至超过了天空中的任何一颗星星,然后在几个月后逐渐变暗,直到消失不见,再也没有出现过。

这些事件分别发生在了185年、393年、1006年、1054年、1572年和1604年,现在人类通过望远镜都已经找到了这些恒星爆发留下的残骸,它们距离地球都在几千光年之外。

其中1604年的这次超新星事件是开普勒发现记载的,所以也称之为开普勒超新星,发生在距离地球1.3万光年之外,这也是人类最后一次肉眼所见的恒星爆炸事件。

到今天已经过去了400年,人类再也没有看到超新星,更为让我们感到遗憾的是,天文望远镜在1906年被发明出来以后,经历了一百多年的发展到了今天,人类已经拥有了前所未有的视野。

现在的地面天文台、轨道天文台非常的先进,可以看到遥远天体很多的细节;例如我们引以为傲的哈勃太空望远镜,在今年底还会发射哈勃的继任者韦伯望远镜。

而且从上个世纪五十年代之后,我们已经了解了恒星运行、演化的规律,人类已经准备的相当充分了,所以我们急需一颗恒星发生爆炸,来验证我们的理论是否正确,让可以我们以更清晰的视角一睹恒星死亡时的疯狂。

相信,发生在今天的超信心爆发事件所带来的轰动效应,将是本世纪最大的天文事件,不亚于我们对黑洞历史上的第一次成像。

那么银河系中有没有超新星的候选者呢?

相信大家都会想到距离地球640光年,20倍太阳质量、半径90倍、体积7亿倍的红超巨星:参宿四。

简单的说数据你可能无法相当它的巨大,举个例子,如果把参宿四搬到太阳的位置上,那么它会延伸到木星的轨道上,将木星吞噬。现在知道它有多大了吧。

参宿四是猎户座左肩上的一颗恒星,猎户座是北半球的冬季星座,现在太阳落山以后,你就可以在南边的天空中,快速的找到它。

左肩上的恒星就是参宿四,肉眼都可以看见它相对于其他恒星微微发红。

那么人们为什么会认为参宿四快要炸了?

参宿四形成的时间并不长,大约在1000万年以前,比太阳年轻了许多,太阳有45亿年的历史,由于它的质量非常巨大,导致了它消耗核心氢的速度是太阳的2000倍,那么它的耗尽核心氢的时间也就是太阳的1/2000。

所以参宿四现在已经耗尽了核心的氢元素,脱离的主序星的阶段。核心生成堆积的氦核收缩,可以肯定的是它已经进行了三个氦到碳的聚变;

由于输出能量的急剧增加,导致了核心之外的物质被吹散膨胀,将参宿四变成了红巨星,现在它表面的温度非常低只有3500K,比太阳低了一半,这是恒星变为超新星的第一步。

所以我们认为它有可能变为下一个超新星。

不仅如此,参宿四在2019年末的时候还发生了一件大事。它的亮度降低了35%,以前它的亮度在天空中可以排进前十,但2019年12月之后,它的名次掉到了25名。

上图是同一个望远镜拍摄到的参宿四,可以看出右边的参宿四下半部分被什么东西遮挡住了,导致了它的亮度急剧下降。

参宿四作为一颗红超巨星,虽然质量很大,但核心之外的物质非常的弥散,密度比太阳还要低,引力和辐射压力之间的不平衡导致了参宿四的光球层会周期性的膨胀和收缩。

所以参宿四本身就是一颗变星,亮度可以周期性的变化。

上图就是近几十年来参宿四的亮度变化,但是2019年底,也就是2020年初它的亮度变化非常大,突然的变暗,然后亮度又缓慢的上升,科学家估计参宿四的亮度回到前十大约会在2021年,最迟2023年左右。

亮度的剧烈变化,让人们觉得是不是它的核心出现了问题,是不是要熄灭了,是不是要爆炸了?

天文学家并不这么认为。

因为核心出现问题导致的亮度变化,周期会非常长,并不会在短时间内被我们观察到亮度变暗又变亮。

原因是核心处产生的光子要达到光球层,并不是沿着直线以光速在往外飞,而是光子在往外传播的过程中,会与致密的带电粒子发生频繁的碰撞,导致光子被散射到随机的方向上。

所以光子从核心往外走的路径是非常复杂的,称为光子的随机漫步。在太阳中一个光在想要从核心走到光球层,至少需要10万年的时间。

参宿四的带电粒子密度低,光子发生碰撞的几率也低,但也需要上万年的时间才能达到参宿四的表面。

所以说,参宿四核心发生了问题出现的光度变化导致恒星表面亮度降低,我们需要等待上万年的时间才能看到,而核心亮度再次回升,我们也需要再等待上万年的时间才能看到。

因此参宿四在数个月内发生的亮度变化其实跟核心是没有任何关系的,我们看到的现象只是发生在光球层,或者光球层以外的地方。

那么到底发生了什么导致参宿四变暗?

天文学家确认了参宿四变暗的原因是因为简单的光线遮挡导致的。

因为它在几百年前或者是几千年前,喷射出来了大量的气体和尘埃,弥散到了周围的星际空间中,这些物质冷却以后,变成不透光的物质挡在了它与地球中间,导致了我们在2019年12月发现了参宿四亮度变暗。

等这些尘埃物质散去,参宿四的亮度就会回到正常水平的波动之中。

所以参宿四亮度的变化并不会告诉我们它会不会爆炸,什么时候爆炸,唯一可以确定它何时会爆发的因素是,在其核心现在的聚变进行到了何种地步。

所以我们需要确定它目前是在燃烧氦?燃烧碳?燃烧氖?燃烧氧?燃烧硅?只有当它核心的可聚变材料耗尽,只留下了铁、镍和钴的时候,参宿四才会爆炸。

如果它的核心现在还在燃烧氦的话,那至少还得10万年,如果燃烧碳那可能只需要几千年,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小组,他们通过恒星演化、流体力学和数学建模分析了参宿四,得出结论是它正处在燃烧氦的阶段,所以说至少还得10万年的时间。

因此我们此生是无望看到参宿四爆炸了。

总结

从目前的情况来看,参宿四还能活很长一段时间,但未来它也难逃爆炸的厄运,等这一天到来的时候,猎户座左肩上的这颗恒星的亮度将达到天空中满月的亮度,非常明亮。

由于它距离地球有数百光年,它的爆炸并不会给我们造成任何影响,反而会因为距离不远不近成为未来人类研究超新星最好的一个样本。