“參宿四”到底炸了沒有?科學(xué)家終于給出了確定的答案
宇宙中那些閃亮的恒星,都會有熄滅的那一天,不同質(zhì)量的恒星,其熄滅的方式也不一樣,通常來講,像比鄰星這樣的小質(zhì)量恒星會在默默地熄滅,像太陽這樣的中等質(zhì)量則會“生命末期”劇烈膨脹,成為一顆龐大的紅巨星,而在大質(zhì)量恒星“壽終正寢”之時,通常會發(fā)生“超新星爆發(fā)”。

“超新星爆發(fā)”可以視為宇宙中的一種威力極為強大的爆炸,其在短時間內(nèi)釋放的能量,就可以高達太陽一生釋放出的總能量的數(shù)十倍甚至更多,當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星發(fā)生“超新星爆發(fā)”時,它所在的整個星系都會被它的光芒照亮,其威力之大可想而知。
所以在我們地球附近的那些“年老”的大質(zhì)量恒星都是非常值得關(guān)注的,比如說位于獵戶座的“參宿四”就是這樣一顆恒星,這顆恒星距離我們大約640光年,對于“超新星爆發(fā)”來講,這樣的距離已經(jīng)足夠近了。
在過去的日子里,人們一直在試圖弄清楚一個問題:“參宿四”到底炸了沒有?而在經(jīng)過了多年的研究之后,科學(xué)家終于給出了確定的答案:沒有炸。

可能有人認為這很無聊,畢竟“參宿四”炸沒炸觀測一下應(yīng)該就知道了,但實際情況卻并非如此,因為光的速度是有限的,而1光年其實可以認為是光在宇宙空間中直線前進1年的距離,也就是說,從“參宿四”發(fā)出的光線需要640年的時間才可以抵達地球。
這就意味著,我們現(xiàn)在觀測到的“參宿四”,其實是它在640年之前的樣子,而“參宿四”現(xiàn)在是個什么狀態(tài),我們卻只能在640年之后才可以觀測得到。
那么問題就來了,既然如此,科學(xué)家又是如何確定“參宿四”現(xiàn)在并沒有炸呢?其實這是科學(xué)家根據(jù)已知的觀測數(shù)據(jù),再結(jié)合相關(guān)的理論進行推演所得到的答案,下面我們就來看看這是怎么回事。

我們都知道,恒星之所以會發(fā)光發(fā)熱,其實是因為它們的內(nèi)部一直在發(fā)生核聚變反應(yīng),實際上,核聚變反應(yīng)所釋放出的能量除了能讓恒星發(fā)光發(fā)熱之外,還會產(chǎn)生向外的“輻射壓”,進而使恒星不至于發(fā)生引力坍縮。
在大質(zhì)量恒星的核心反應(yīng)區(qū),氫會聚變成氦,而當(dāng)氫消耗殆盡之后,恒星就會發(fā)生引力坍縮,這就會造成其核心的溫度和壓力不斷上升,當(dāng)達到一定程度時,氦就會發(fā)生核聚變并生成碳,在氦耗盡之后,恒星又會發(fā)生進一步的坍縮,于是其核心的溫度和壓力又會上升,當(dāng)達到一定程度時,碳又會發(fā)生核聚變……

隨著這個過程的持續(xù),恒星內(nèi)部會發(fā)生一輪又一輪的核聚變反應(yīng),進而生成越來越重的元素,但當(dāng)核聚變的生成物是鐵的時候,恒星內(nèi)部的核聚變就終止了,為什么呢?因為鐵的核聚變不會釋放能量,而是會吸收能量。
在這種情況下,恒星就會因為其內(nèi)部驟然失去了“輻射壓”而迅速坍塌,其核心會形成以中子簡并壓支撐的致密結(jié)構(gòu),而恒星外層的物質(zhì)則會以極高的速度猛烈撞擊其致密的核心,并最終引發(fā)“超新星爆發(fā)”。

需要知道的是,恒星的體積其實一直在有規(guī)律地變化,具體表現(xiàn)為其體積一會兒要大一點,一會兒要小一點,這種現(xiàn)象也被稱為“恒星脈動”。
之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象,是因為核聚變的速率對溫度高度敏感,當(dāng)恒星收縮時,其核心的溫度會上升,于是核聚變的速率就會變高,并釋放出更多的能量,進而使得恒星的體積出現(xiàn)一定程度的膨脹,而恒星的體積膨脹之后,其核心的溫度會下降,核聚變的速率就會降低,于是恒星的體積就會出現(xiàn)一定程度的收縮,而體積收縮了,核聚變的速率又會變高……

恒星內(nèi)部消耗的元素類型不同,其“恒星脈動”的周期也不同,所以通過對這種現(xiàn)象的觀測,我們就可以知道一顆恒星到底在消耗哪一種元素。實際上,正是通過這種方法,科學(xué)家確定了“參宿四”消耗的是氦元素。
對于大質(zhì)量恒星來講,元素越重,其消耗的速度就越快,根據(jù)恒星演化模型,像“參宿四”這種質(zhì)量的恒星,氫元素可以消耗大約1000萬年,氦元素可以消耗大約100萬年,碳元素可以消耗大約1000年,而在此之后一直到鐵元素的整個核聚變過程,則只有大約14天。
所以一個簡單的邏輯就是,既然“參宿四”消耗的氦元素,那就說明它并沒有炸,畢竟在氦元素消耗完之后,還有一系列更重元素的核聚變,即使是我們現(xiàn)在看到的“參宿四”是它640年之前的狀態(tài),那它現(xiàn)在也沒有炸,因為氦元素之后的核聚變還可以讓它支撐上千年的時間。
實際上,隨著時間的推移以及觀測水平的提升,科學(xué)家已經(jīng)獲取到了大量的有關(guān)“參宿四”的觀測數(shù)據(jù),根據(jù)科學(xué)家的計算,目前“參宿四”應(yīng)該處于消耗氦元素的早、中期階段,即使是最極端的情況,它的氦元素也還可以消耗10萬年之久。
所以如果要問“參宿四”到底炸沒炸,那么答案就是確定的:它現(xiàn)在沒有炸,并且在未來的很長一段時間里,它都不會炸。
好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關(guān)注我們,我們下次再見。
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