二十年前的今天,一颗微小的中子星跨越银河系,给了地球一击,使我们的星球像铃铛一样鸣响。尽管远在银河系的一半之外,但那颗死亡恒星表面的爆炸仍然能够物理压缩我们地球的磁场,使一些卫星过载,甚至部分电离地球的高层大气。然而,这一切都来自一个直径不超过二十几公里的物体。
有时,可怕的东西来自小包装。
罪魁祸首是人马座的磁星 SGR 1806-20,它位于约 50,000 光年之外。磁星是一种特殊的中子星,它已经达到了极端宇宙所能产生的极限。中子星在超新星的烈焰中锻造而成,当一颗大质量恒星的核心坍缩时形成,而恒星的其余部分则以接近光速的重要比例向外爆炸。核心向自身坍缩,密度急剧增加,直到被压缩到电子被挤压到邻近的质子中(并添加了一个反中微子,对于那些追踪亚原子粒子的账房先生来说),从而导致中子的形成。
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由此产生的中子密集物体几乎超出了人类的理解范围。它的质量超过太阳,但通常直径只有约 20 公里,这使其密度高得令人发笑:一立方厘米的中子星,大约是标准六面骰子四分之一大小的部分,重量将达到1 亿公吨。想象一下,将美国的所有汽车都收集起来,将它们砸成一团,然后将那团东西压成一块方糖大小,您就会开始明白了。
典型中子星的表面重力可能是地球的数百亿甚至数千亿倍。如果一个人站在中子星表面,他的体重将达到数十亿甚至数万亿吨。但他们将无法站立;巨大的引力会将他们压平成一层不到一微米高的原子蒸汽。
普通的中子星诞生时就带有强大的磁场,比地球强数十亿倍。然而,有些中子星会变得更加强大,其磁场可以达到地球的千万亿倍。这些就是磁星,它们是银河系中最危险的天体之一。
仅仅是静静地存在于太空中,做着自己的事情,磁星已经是一种超致命的天体野兽,您不会想与之纠缠。然而,有时这些天体会爆发耀斑,这个词如此轻描淡写,以至于令人发笑。
中子星极其强大的磁场嵌入在天体的外壳中,像头发从头皮中长出来一样与之耦合。在一些磁星中,外壳会变得不稳定,最终滑动。这种“星震”与地震非常相似,但请记住,外壳密度大得难以想象,并且受到极其强大的引力作用。如果外壳破裂并滑动一毫米,释放出的能量是宇宙级的巨大,产生的温度足以汽化表面数千亿公吨的物质。这剧烈地摇晃磁场,以至于磁场重塑自身,磁力线断裂并重组。当它们这样做时,也会释放出储存的能量。结果是一场史诗级的灾难。
与中子星相比,磁星相对不常见,因此在太空中分布稀疏。这通常意味着它们的耀斑效应会被遥远的距离削弱,因此这种爆发通常只能被专门的天文仪器探测到。然而,在极少数情况下,磁星会爆发出超级耀斑。
SGR 1806-20 在大约 50,000 年前就遭受了这样一次事件。一切都在眨眼之间结束:在短短十分之一秒内,外壳滑动、爆炸并冲击了恒星的磁场。火球在同一时间内产生的能量约为太阳总能量输出的 10 万亿倍。大部分能量以超高能伽马射线的形式存在,但也包括 X 射线和其他形式的光。
要将其放在地球尺度上——这是一项几乎不可能完成的任务——星震大约相当于 32 级地震,比我们星球上有记录以来最强大的地震强约 32 千万亿倍。
这种能量在太空中传播了数千年,最终于 2004 年 12 月 27 日席卷地球。这种影响立即被感受到。
NASA 刚刚在一个月前发射了斯威夫特卫星。斯威夫特旨在探测来自数十亿光年之外的高能宇宙爆炸,但它对 SGR 1806-20 的爆发毫无准备。卫星的伽马射线探测器被能量饱和,即使斯威夫特甚至没有指向爆炸的方向;能量穿透了航天器的壁,仍然冲击了探测器。
最初的能量峰值持续了不到一秒,但斯威夫特的精巧仪器探测到持续了五分钟以上的长尾能量。超级耀斑的亮度以 7.56 秒的非常确定的周期上升和下降,这是磁星的自转速率。当 SGR 1806-20 旋转时,它将星震位置的狂暴伤疤扫入和扫出我们的视野,从而产生了亮度上的振荡,就像闪烁的圣诞彩灯一样。
能量足以对我们的星球产生物理影响:它增加了电离层——地球大气层的一个层,向上延伸至地表以上约 600 公里——的电离,并且也明显影响了磁层。总体影响很小,但请记住,磁星距离地球 50,000 光年,实际上是从我们这里穿过银河系的一半距离。如果它离得更近,影响会更大,类似于强大的太阳耀斑,它可以烧毁许多卫星的电子设备,并在地表造成混乱。
好消息是 50,000 光年是很远的距离。有一些磁星离我们更近,但还没有观察到任何磁星喷射出如此强大的超级耀斑。就威力而言,SGR 1806-20 仍然是同类中的佼佼者。
因此,可能没有必要惊慌,甚至不必担心磁星会毁了我们的一天。我记得在超级耀斑发生时,一些伪科学的疯子推测它导致了苏门答腊-安达曼大地震和随后的海啸——一场完全是陆地灾难,造成了近 25 万人死亡。然而,那次地震发生在磁星爆发袭击我们之前一天多,当时爆炸的波以光速传播,距离地球约 500 亿公里,仍然远在海王星轨道之外。这两起事件没有关联。
但是 SGR 1806-20 的爆发确实表明了宇宙是如何随意地运用如此难以想象的力量的。恒星爆炸,磁星爆发,以及其他宇宙事件发出灾难的呼喊。好消息是,距离大大削弱了这些巨大的灾难,以至于我们直到最近才意识到它们的存在。地球已经存在了 46 亿年,而我们仍然在这里。
因此,如果您是那种在新的一年开始时盘点祝福的人,请举杯向天空致敬,并为太空如此浩瀚而感到高兴——并感谢科学让我们观察并试图理解它。