參宿四將成為超新星爆炸，即使在白天，也可以看到奪目的光芒！

2020-05-24 17:23 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

參宿四一直是媒體和天文愛好者關(guān)注的焦點，因為這顆紅超巨星的生命即將結(jié)束，當(dāng)一顆質(zhì)量超過太陽10倍的恒星死亡時，它會以壯觀地方式“熄滅”。

由于參宿四的亮度此前如“博科園”發(fā)表在的文章所述那樣：參宿四亮度降至近百年來的最低點，許多天文愛好者對參宿四可能很快變成超新星而感到興奮，因為參宿四會以超新星的方式爆炸，在地球即使在白天也可以看到其奪目的光芒。

雖然獵戶座肩膀上參宿四這顆著名的恒星，可能會在未來幾天、幾年、幾百幾千年、乃至100萬年內(nèi)消亡，但科學(xué)家們堅持認為，參宿四變暗是由于恒星的脈動造成，這種現(xiàn)象在紅超巨星中相對常見，參宿四幾十年來一直被認為屬于這一類。

巧合的是，加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員，已經(jīng)對參宿四這樣恒星脈動爆炸時的超新星亮度做出了預(yù)測。物理學(xué)研究生賈里德·戈德伯格與該?？ǚ蚶碚撐锢硌芯克?KITP)所長、格魯克物理學(xué)教授拉爾斯·比爾斯頓以及KITP高級研究員比爾·帕克斯頓共同發(fā)表了一項研究。

詳細描述了恒星脈動將如何影響隨后發(fā)生的超新星爆炸，其研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。美國國家科學(xué)基金會研究生研究員戈德伯格說：我們想知道如果一顆恒星脈動在不同階段爆炸會是什么樣子。

早期的模型比較簡單，因為它們沒有考慮脈動的時間依賴效應(yīng)。當(dāng)參宿四大小的恒星最終耗盡了在其中心融合物質(zhì)時，它就失去了阻止其在自身巨大重量下坍塌的外部壓力。由此產(chǎn)生的核心塌陷發(fā)生在半秒內(nèi)，比恒星表面和外層速度要快得多。

（上圖所示）與大多數(shù)恒星不同的是，參宿四足夠大，距離也足夠近，科學(xué)家們可以用ALMA望遠鏡這樣的儀器來分辨。圖片：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

當(dāng)鐵核坍塌時，原子解離成電子和質(zhì)子。這些結(jié)合在一起形成中子，并在這個過程中釋放出稱為中微子的高能粒子。正常情況下，中微子幾乎不與其他物質(zhì)相互作用，但例如萬億中微子每秒穿過你的身體和地球，卻沒有一次碰撞。也就是說，超新星抱著是宇宙中最強大的現(xiàn)象之一。在核心坍塌中產(chǎn)生的中微子數(shù)量和能量是如此巨大，即使只有很小一部分與恒星物質(zhì)碰撞，通常足以發(fā)出能夠讓恒星爆炸的沖擊波。

由此產(chǎn)生的爆炸，以驚人的能量撞擊恒星外層，造成的爆炸可以短暫地讓整個銀河系黯然失色。爆炸在大約100天內(nèi)保持明亮，因為只有當(dāng)電離氫與失去的電子重新結(jié)合成為中性時，輻射才能逃逸。這意味著隨著時間的推移，天文學(xué)家可以看到超新星更深的內(nèi)部，直到來自中心的光線最終得以逃逸。在這一點上，所有剩下的就是放射性塵埃的昏暗光芒，它可能會持續(xù)發(fā)光數(shù)年。

超新星的特征隨恒星質(zhì)量、總爆炸能量以及更重要的是其半徑不同而不同，這意味著參宿四的恒星脈動使得預(yù)測它將如何爆炸變得相當(dāng)復(fù)雜。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果整個恒星都在一致地脈動，超新星的行為就像是參宿四是一顆半徑給定的靜態(tài)恒星一樣。然而，恒星的不同層可以相互相反地振蕩：外層膨脹，中間收縮，反之亦然。對于簡單的脈動情況，該團隊模型產(chǎn)生了與沒有考慮恒星脈動模型相似的結(jié)果。

在恒星脈動的不同位置，看起來就像是一顆來自較大恒星或較小恒星的超新星。當(dāng)開始考慮更復(fù)雜的脈動時，也就是在物質(zhì)移入和移出的同時，研究模型確實會產(chǎn)生明顯的差異。在這些情況下，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光線從爆炸逐漸更深的層泄漏出來時，排放看起來就像是來自不同大小恒星的超新星結(jié)果。恒星被壓縮部分發(fā)出的光較弱，就像我們對更致密、沒有恒星脈動所期望的那樣。

與此同時，來自當(dāng)時正在膨脹的恒星部分的光線會顯得更亮，就像它來自一顆更大、沒有恒星脈動一樣。戈德伯格計劃與物理學(xué)教授安迪·豪厄爾和KITP博士后研究員埃文·鮑爾一起向美國天文學(xué)會研究筆記提交一份報告，總結(jié)他們專門在參宿四上運行的模擬結(jié)果。Goldberg還與KITP博士后Benny Chan合作，比較超新星的不同輻射傳輸技術(shù)，并與物理學(xué)研究生平松大一合作，將理論爆炸模型與超新星觀測進行比較。