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現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者
當整個一月世界都被2019新型肺炎所困擾之時,部分人也將其注意力轉往中東亂局、美俄太空暗戰(另篇有述)及更遙遠的……星空。事實上,近一年來不時都會聽到報道指700光年外獵戶座的恒星參宿四(Betelgeuse)可能於短期內發生超新星大爆炸,至12月底其光度跌到自有觀測紀錄以來最低時,更有部分華文媒體(例如可信度一直很低的大x元系列)言之鑿鑿地指參宿四即將發生超新星爆炸(甚至已經爆炸或釋放巨大重力波之類(註1)),好像唯恐天下不亂似的。
事情究竟是怎樣的?參宿四雖非距太陽最近的巨大恒星(質量為15-19倍太陽質量,暫未有最準確數據),比它更近地球的巨大恒星至少有四顆,但只有參宿四發展至晚年紅巨星階段,若以1000光年半徑範圍來說,它是唯一發展至生命最後階段的巨大恒星。
根據星體演變的數學模型顯示,一個大約8倍太陽質量或以上的恒星,不但壽命十分短(網上模擬器顯示只有5500萬年或以下),在壽命末期也不會像太陽這些小質量長壽恒星般燒完核心的氦然後消散,成為白矮星及行星狀星雲,反而會以塌縮形式大幅增加核心溫度與壓力,讓核心的碳(氦聚變後的廢物)聚變起來,產生能量以維持引力平衡。碳「燒完」後又會再塌縮以進行氖聚變,然後到氧及矽,最後到聚變反而會吸收能量的鐵。這過程中由於產出能量愈來愈不足,為保持引力平衡,唯有不斷利用塌縮加劇聚變過程(也是恒星脈動變光的其中一個原因),結果每個聚變程序所能支持的時間也愈來愈短。例如碳只能燒數千年,氖的數年到矽的1日等。等到鐵聚變發生時,已經再沒有能量維持星體平衡,結果就一切都完了。不過這是個數學模型,現代天文學發展以來還未有足夠時間及一顆足夠近的恒星讓我們觀測到整個過程,以及每個塌縮階段中恒星的反應與表徵。
亦因為此,我們雖然透過光譜分析及恒星質量散失大約知道參宿四已在晚年,但因為可茲參考的表徵很有限,更不能直接觀測核心情況,所以我們根本不知道它究竟是在晚年狀態的哪個階段。學術界現時最主要分成兩派,即還在氦燃燒階段,以及在碳燃燒的階段,前者稍佔優勢。若果前者正確,則參宿四至少有數千年以上的壽命,但若是後者,則可能只有數百年甚至更少。
現在最大的問題是,參宿四過去一直有比較具周期性的亮度升降變化,但最低也不會暗於1.2等,然而由去年4月1日開始本星即連續變暗,至現在已降至1.6等以下且仍持續,幅度大到是75年觀察史以來未見過的,這變暗過程也有可能來自其表面物質的流動狀態,但也有可能是恒星以重力塌縮(註2)的形式試圖觸發下一階段的核心物質的聚變以維持能量(例如氦到碳或碳到氖)。有天文學家去年底即指出,如果變暗情況持續,就真的可能「出大事」了。
不過,怎樣判斷參宿四真的「要爆了」?如果某一天世界各地的微中子探測器忽然出現大幾倍的微中子流,才好叫醒天文學家準備幾個小時後發生的事,因為愈激烈的核反應才會產生極大量的微中子流,前如前面所說,在大質量恒星最後演變階段,為榨取能量繼續聚變,恒星會不斷塌縮至核心的物質發生聚變以取得能量維持平衡,但核心最終會變成鐵,而鐵在進一步塌縮的情況下,聚變反而會吸收能量,結果整個巨恒星就開始不能逆轉的引力塌縮。
這時恒星的鐵核心會先塌縮成密度極高的中子星,然後當星體物質再以極高速度(0.23倍光速)撞向中子星表面時,動能會激發極為巨大的能量釋放並形成足以摧毀恒星的衝擊波。衝擊波至少要數小時才能達到恒星表面並摧毀整個恒星,但他們壓縮物質時又可能引起劇烈的聚變反應。極大量能量爆發所產生的中微子由於極小也幾乎沒有質量,它們會以光速穿過星體各層並進入太空,並早星體爆炸的閃光幾個小時來到地球,超新星SN-1987A即發生過這種情況。
那會對地球有什麼影響?參宿四若發生超新星爆發,將會是有人類文明以來最接近地球的爆發,到達地球時光度仍可能持在滿月水平,不過其衝擊波與爆發物質仍需600萬年才能到達地球(這還未計算600萬年內太陽系已經移位接近400光年),爆發的強力輻射及宇宙射線在空間中經過700多年的擴散,其密度也完全是太陽系磁場、地球磁場及大氣層的抵禦水平之下,加上星體的質量、自轉及磁力水平也不足以引發伽瑪射線暴(Gamma Ray Burst / GRB),自轉軸也非向著地球,故地球也幾無可能遇上那種可完全摧毀地球臭氧層的滅世浩劫。
所以,即使明天參宿四的爆炸閃光到達地球,大家還是可以當成一個至少看幾個月(甚至日間都可見)的天文現像,慢慢欣賞好了,不要在世間諸多煩惱事中多加一項。
註1:一月時天文學家的確探測到獵戶座方向有兩次強大重力波事件,但全都不在參宿四所在星區,而是在遙遠得多的深空。 註2:重力塌縮有可能令恒星體積變小,體積變小在遠距離觀察來看其實也會令恒星變得較暗。
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