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「參宿四」到底炸了沒有?科學家終于給出了確定的答案
2023/03/05

宇宙中那些閃亮的恒星,都會有熄滅的那一天,不同質量的恒星,其熄滅的方式也不一樣,通常來講,像比鄰星這樣的小質量恒星會在默默地熄滅,像太陽這樣的中等質量則會「生命末期」劇烈膨脹,成為一顆龐大的紅巨星,而在大質量恒星「壽終正寢」之時,通常會發生「超新星爆發」。

「超新星爆發」可以視為宇宙中的一種威力極為強大的爆炸,其在短時間內釋放的能量,就可以高達太陽一生釋放出的總能量的數十倍甚至更多,當一顆大質量恒星發生「超新星爆發」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」的大質量恒星都是非常值得關注的,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」 來講,這樣的距離已經足夠近了。

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?而在經過了多年的研究之后,科學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」現在是個什麼狀態,我們卻只能在640年之后才可以觀測得到。

那麼問題就來了,既然如此,科學家又是如何確定「參宿四」現在并沒有炸呢?其實這是科學家根據已知的觀測數據,再結合相關的理論進行推演所得到的答案,下面我們就來看看這是怎麼回事。

我們都知道,恒星之所以會發光發熱,其實是因為它們的內部一直在發生核聚變反應,實際上,核聚變反應所釋放出的能量除了能讓恒星發光發熱之外,還會產生向外的「輻射壓」,進而使恒星不至于發生引力坍縮。

在大質量恒星的核心反應區,氫會聚變成氦,而當氫消耗殆盡之后,恒星就會發生引力坍縮,這就會造成其核心的溫度和壓力不斷上升,當達到一定程度時,氦就會發生核聚變并生成碳,在氦耗盡之后,恒星又會發生進一步的坍縮,于是其核心的溫度和壓力又會上升,當達到一定程度時,碳又會發生核聚變……

隨著這個過程的持續,恒星內部會發生一輪又一輪的核聚變反應,進而生成越來越重的元素,但當核聚變的生成物是鐵的時候,恒星內部的核聚變就終止了,為什麼呢?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構,而恒星外層的物質則會以極高的速度猛烈撞擊其致密的核心,并最終引發「超新星爆發」。

需要知道的是,恒星的體積其實一直在有規律地變化,具體表現為其體積一會兒要大一點,一會兒要小一點,這種現象也被稱為「恒星脈動」。

之所以會出現這種現象,是因為核聚變的速率對溫度高度敏感,當恒星收縮時,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,科學家確定了「參宿四」消耗的是氦元素

對于大質量恒星來講,元素越重,其消耗的速度就越快,根據恒星演化模型,像「參宿四」這種質量的恒星,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,即使是我們現在看到的「參宿四」是它640年之前的狀態,那它現在也沒有炸,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,科學家已經獲取到了大量的有關「參宿四」的觀測數據,根據科學家的計算,目前「參宿四」應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,那麼答案就是確定的:它現在沒有炸,并且在未來的很長一段時間里,它都不會炸。

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