天文科普:超新星爆炸是什麽?有多恐怖?
發布時間:2021-10-22
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超新星爆炸,不了解天文的人,可能並不知道。當某些恒星的演化之旅接近末期時,就會(hui) 以一場劇烈的爆炸終結生命,餘(yu) 下的部分變為(wei) 其它天體(ti) 。這種爆炸便被稱為(wei) 超新星爆炸。這個(ge) 詞是沃爾特·巴德和弗裏茨·茲(zi) 威基在1931年創造的。

這種爆炸會(hui) 在短時間內(nei) 釋放出巨大的,包括可見光在內(nei) 的電磁輻射,這些輻射甚至能夠照亮其所在的整個(ge) 星係。理論計算表明,一顆超新星在這段時期內(nei) 所輻射的能量可達10^44焦耳,這個(ge) 能量數值非常大,可以與(yu) 太陽在其一生(大約100億(yi) 年)中輻射能量的總和相媲美,而有些極超新星發生爆炸時在短期內(nei) 釋放的能量比太陽一生中釋放的能量還要多得多。

超新星爆炸可以分為(wei) 兩(liang) 大類。

一類是大質量恒星在生命末期,內(nei) 部的核燃料耗盡,內(nei) 部輻射壓力最終抵抗不了自身的重力,迅速發生引力坍縮,由引力勢能釋放導致的爆炸。通常隻有質量在太陽質量8倍以上的恒星才會(hui) 發生超新星爆炸。也就是說,太陽並不會(hui) 發生超新星爆炸。

另一類則發生於(yu) 雙星係統中,兩(liang) 個(ge) 白矮星合並,或者白矮星從(cong) 伴星那兒(er) 吸積的物質累積到足夠的質量,達到了錢德拉賽卡極限(1.4倍太陽質量),也會(hui) 引發超新星爆炸。聽起來這種爆炸不常見,實際上雙星係統在宇宙中很常見。

中子星和黑洞就是在超新星爆炸過程中形成的,這兩(liang) 種致密天體(ti) 密度極大,僅(jin) 中子星上的密度就高達10億(yi) 噸每立方厘米。不過,發生超新星爆炸並非總會(hui) 形成這種致密天體(ti) ,有時會(hui) 炸得粉身碎骨。

一顆處於(yu) 生命末期的恒星發生超新星爆炸,會(hui) 將其絕大部分物質以高至十分之一光速的速度拋出,並形成激波,而這種激波則會(hui) 導致形成一個(ge) 由膨脹的氣體(ti) 和塵埃構成的殼狀結構。這種結構就是超新星爆炸的遺跡。

1054年,我國古代天文學家就看到了一次超新星爆發,它非常明亮,以至於(yu) 在白天都能看到。根據相關(guan) 史料記載,科學家已經確認,爆炸後的遺跡就是現在可以看到的蟹狀星雲(yun) ,它距離地球6500光年。那次超新星爆炸後,其內(nei) 核坍縮成了一顆脈衝(chong) 星(脈衝(chong) 星是高速旋轉的中子星),該脈衝(chong) 星在1969年才被發現,它是首顆被確認為(wei) 曆史上超新星爆發遺跡的天體(ti) 。

超新星爆炸真的很恐怖,因為(wei) 爆炸所釋放的能量極大,是宇宙中最高能級的天文事件之一。

超新星爆炸時所釋放的能量太大了,威力不容小覷。如果發生爆炸時距離地球太近,爆炸過程中產(chan) 生的強大伽馬射線輻射要是掃中地球,那足以改變地球的大氣環境,造成生物滅絕。這種致命的輻射被稱之為(wei) 伽馬射線暴,除了超新星爆炸過程中會(hui) 產(chan) 生,中子星或者黑洞合並時也會(hui) 產(chan) 生。

在地球曆史上有五次生物大滅絕事件,根據科學家的研究,發生於(yu) 4.5億(yi) 年前的奧陶紀-誌留紀滅絕事件,很有可能就是當時地球附近有一顆超新星發生了爆炸,爆炸產(chan) 生的輻射摧毀了當時的很大一部分地球臭氧層,使大量的生物暴露在致命輻射中。

不過,超新星爆炸對人類產(chan) 生威脅的概率比較小,大可不必擔心。

首先,恒星之間大多都相距甚遠,距離太陽最近的恒星“比鄰星”就在4.2光年外。除了那些超大質量的恒星引發的超新星爆炸,對於(yu) 一般的超新星爆炸,隻有當它們(men) 距離地球在50~100光年的範圍內(nei) 時,才能夠對地球產(chan) 生影響。

其次,宇宙中大多數恒星的質量都比太陽小,而這種質量較小的恒星壽命通常比較長,比太陽的壽命還長。宇宙才誕生138億(yi) 年,平均算下來,銀河係每百年也隻會(hui) 發生兩(liang) 三起超新星爆炸事件。隻是宇宙中的星係數量太龐大,所以宇宙中每天都會(hui) 發生超新星爆炸,隻不過那都在銀河係之外,距離地球太遙遠了,對地球不會(hui) 產(chan) 生任何威脅。

超新星爆炸雖然恐怖,但它也是宇宙中天體(ti) 演化過程中最重要的一環之一,如果沒有超新星爆炸,宇宙中甚至不可能誕生生命,因為(wei) 元素周期表中在鐵元素之後的元素基本上都是在超新星爆炸過程中形成的。兩(liang) 種輕元素可以聚變成重元素,但條件極為(wei) 苛刻,需要幾億(yi) 甚至幾十億(yi) 度的高溫,也隻有在超新星爆炸過程中才能達到如此苛刻的高溫高壓條件。

此外,在1960年代,天文學家發現Ia型超新星爆炸的最大亮度的絕對星等與(yu) 光度曲線有很明確的函數關(guan) 係,可以用來測量星係的距離,作為(wei) 天文測距的標準燭光。



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