事实还是虚构?:船底座 η 星的爆炸性死亡会造成大规模灭绝

我们几乎肯定不必担心天空中最大最亮的恒星之一


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当我们想到“生存”威胁,即可能终结地球上所有生命的事件时,大多数可能性都来自我们自己的星球——气候变化、全球性流行病和原子战争。当我们以偏执的目光注视天空时,我们通常会担心小行星撞击,或者太阳可能发生的危险的大规模爆发。
 
但是,如果您相信在互联网边缘区域读到的一切,您可能会认为最可怕的天体威胁可能不仅是外星的,而且还是外太阳系的。在距我们约 7,500 光年的船底座星群中,一颗名为船底座 η 星的恒星,其质量至少是太阳的 100 倍,正接近它将作为超新星爆发的点。简而言之,船底座 η 星是一个超大质量的恒星火药桶,即将燃尽它的导火索。事实上,它可能已经遭遇了厄运,而带着它灾难性死亡消息的光可能正在向我们 streaming 而来。无论那声光明的死亡之声何时到来,明天还是数万年后,关于接下来会发生什么,大致有两种观点。
 
第一种观点,由各种在线危言耸听者持有(恕我不在此处链接以纵容他们),认为会发生全球性大规模灭绝。这种观点利用了人们对船底座 η 星的超新星爆发可能释放伽马射线暴 (GRB) 的恐惧,伽马射线暴是宇宙中最亮的爆炸之一。当一颗非常巨大的恒星在超新星中死亡时,它的核心会向内坍缩,通常会形成一个恒星遗迹,即中子星或黑洞。如果核心旋转得非常快,恒星遗迹的旋转速度会更快,以接近光速的速度在其边缘甩出一个物质盘。通过尚未完全理解的过程,这个过热和磁化的旋转盘然后会形成一对喷流,就像灯塔光束一样,以相对论速度从其两极喷射出来。来自这些喷流的高度聚焦、能量极高的辐射就是我们看到的 GRB。
 
多年来,GRB 一直被提出作为我们似乎在宇宙中如此孤独的原因之一——人们认为,迟早,几乎任何宜居行星都会受到 GRB 的袭击,将任何生物圈几乎炸成虚无。一些研究人员推测,GRB 可能已经在奥陶纪末期,即大约 4.5 亿年前袭击过地球。无论那时发生了什么,它都设法消灭了当时估计超过 80% 的所有物种。甚至可能更早的时候,更多的 GRB 袭击了我们的星球,扼杀了地球生物圈的出现,直到它们的宇宙普遍性降至某个临界阈值以下。
 
根据一个有些合理的最坏情况,船底座 η 星产生的极亮 GRB 的直接命中可能会以类似于甚至远超全面热核战争的方式摧毁我们的星球。在几个灼热的秒内,面向遥远恒星的行星半球将沐浴在强烈的、高频辐射中。天空将充满比太阳亮得多的光芒,其亮度足以点燃地球一半陆地上的巨大野火。能量爆发的光芒将引发大气层中称为μ子的、高穿透性放射性亚原子粒子的阵雨,这些μ子将倾泻而下,毒害地表以及地下和水下一定距离的生命。即使是背对船底座 η 星的行星背面也不会幸免,因为 GRB 的强烈能量将摧毁整个臭氧层,同时还会向世界各地发送超级风暴。之后,漆黑、充满烟灰的天空将释放酸雨的倾盆大雨,只有在阳光浸透表面,造成破坏性紫外线辐射时才会放晴。在真正的瞬间,地球将变成一个行星乱葬岗,而破碎的生物圈将需要数百万年的时间才能重新拼凑起来。
 
第二种观点,由大多数天体物理学家持有,是船底座 η 星根本不会产生 GRB——即使产生了,也不会击中地球。即使在我们的星球确实发现自己处于来自船底座 η 星的 GRB 瞄准线上的情况下,如果爆发是平均亮度的,那么它的光在 7,500 光年的距离上也会被大大衰减,以至于不会严重损害生物圈。在这种情况下,船底座 η 星的消亡将表现为恒星亮度仅略微增加,接近满月的亮度,然后在天空中逐渐消退。
 
为了理解这种鲜明的分歧是如何存在的,了解更多关于船底座 η 星的信息会有所帮助。自 1677 年被埃德蒙·哈雷首次编目以来,这颗恒星的亮度一直在剧烈波动,在 1843 年达到顶峰,成为天空中第二亮的恒星,持续了大约 20 年。天文学家现在认为该事件是“超新星冒名顶替者”——而不是炸裂恒星,而是喷射出可能占其总质量 10% 的气体和尘埃云,现在被称为海山星云。甚至更早的濒死经历的炽热残余物仍然环绕着这颗恒星。今天通过大型望远镜观察,整体效果使船底座 η 星看起来有点像在火中烤花生。
 
船底座 η 星发光如此明亮,以至于它正在侵蚀自身,产生向外的辐射压力,这种压力非常强烈,几乎抵消了向内的引力,使其外层在强大的恒星风中缓慢流逝。在恒星深处,在厚厚的氢外包层下方,核聚变反应正在“燃烧”各种核燃料,其分层类似于洋葱内部的分层。船底座 η 星过去的爆发和脉动可能与其内部层在耗尽一种核燃料并过渡到另一种核燃料时产生的内部层之间的不稳定性有关。
 
加州大学伯克利分校的天体物理学家亚历克斯·菲利片科说,船底座 η 星巨大的氢包层和强烈的恒星风都降低了恒星产生 GRB 的可能性。“厚厚的氢壳使得相对论性喷流难以从恒星中冲出,”菲利片科说。“但是,如果船底座 η 星在很久以后才爆炸,那么将有足够的时间摆脱外壳,然后它更有可能变成 GRB。” 除非,他补充说,一旦外壳消失,恒星风的强度可能会增加,从而消散大部分角动量,而角动量是船底座 η 星核心坍缩时旋转产生 GRB 所需的。“所有这一切都使得 GRB 的可能性降低,但并非不可能,”菲利片科说。“即使它在爆炸前去除了氢壳,并且确实变成了 GRB,[船底座 η 星] 现在可能也没有指向我们。” 船底座 η 星海山星云的双瓣向我们倾斜的角度约为 40 度,而菲利片科说,从坍缩恒星的极轴发出的 GRB 的扩散范围约为 10 度或更小。因此,如果海山星云与船底座 η 星的极轴对齐,则发射出的 GRB 将与我们的太阳系相差甚远。
 
不幸的是,这个图景有一个主要的复杂之处:天文学家在 2005 年发现,船底座 η 星实际上是一个双星系统,其相对较小的伴星质量“仅”为太阳的 30 倍,围绕着质量为太阳 100 倍的恒星运行,轨道周期约为五年。如果较小的伴星的轨道与质量较大的恒星的自转轴不对齐,那么海山星云可能与质量较大的恒星的两极不对齐。并且,可以想象,两颗恒星之间或与另一颗路过恒星的引力相互作用可能会改变质量较大的恒星轴的方向,从而有可能将其直接指向我们。最后,伴星的存在也可能改变质量较大的恒星的演化方式,为任何最终的超新星爆发的时间和机制带来更多不确定性。
 
加州大学圣克鲁兹分校的天体物理学家斯坦·伍斯利说,所有这些变量叠加在一起,在很大程度上解释了为什么船底座 η 星是“我们今天最大的尴尬”,他专门研究恒星的演化和死亡建模。“没有人知道那里到底发生了什么……它可能明天就会死亡,也可能在很久以后。”
 
接下来会发生什么,部分取决于船底座 η 星内部目前占主导地位的核燃料。如果它正在其核心内部或附近聚变氧或碳等元素,那么它可能只有几年甚至最多几个世纪的寿命,并可能很快喷射出其氢外包层。如果其核心反而正在聚变氦,那么这颗恒星可能会继续发光数十万年。或者,氦聚变可能导致船底座 η 星像气球一样膨胀,变成一颗超巨星,在这种情况下,其较小的伴星可能会进入并扰乱外氢包层,加速超巨星的爆炸性死亡。
 
伍斯利说,一旦恒星死亡,其核心很可能会坍缩形成一个黑洞,尽管这个黑洞旋转速度太慢,无法形成相对论性盘和 GRB。如果没有形成这样的盘,船底座 η 星的死亡可能会“特别不壮观”,甚至无法产生超新星,因为恒星的残骸只是滑落到黑洞的事件视界之后。
 
“有时我想知道船底座 η 星是否已经死亡了,”伍斯利说。“但人们告诉我他们仍然可以看到这颗恒星。”

李·比林斯是一位科学记者,专门研究天文学、物理学、行星科学和航天,并且是大众科学的高级编辑。他是广受好评的书籍《孤独的五十亿年:在星空中寻找生命》的作者,该书于 2014 年荣获美国物理研究所的科学传播奖。除了为大众科学工作外,比林斯的文章还发表在纽约时报华尔街日报波士顿环球报连线新科学家大众科学和许多其他出版物上。作为一位充满活力的公众演说家,比林斯曾为 NASA 的喷气推进实验室和谷歌做过特邀演讲,并曾担任国家地理、突破奖基金会、先锋工厂和各种其他组织举办的活动的主持人。

比林斯于 2014 年加入大众科学,此前曾在SEED杂志担任编辑。他拥有明尼苏达大学新闻学学士学位。

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