别慌张——至少,不必为附近的超新星恐慌

恒星爆炸是宇宙级别的灾难,但就地球而言,我们目前是安全的,免受此类天文灾难的影响

Illustration of a supernova explosion destroying planets

Tobias Roetsch/Future Publishing,图片来自 Getty Images

附近的超新星可能会毁了你的一天。

很难理解一颗恒星爆炸事件是多么强大。一颗典型的超新星每秒以可见光形式释放的能量是太阳亮度的数百万,并且可以以这种速率辐射数天或数周。有些甚至更强大。而这仅仅是可见光;超新星还可以通过其他方式爆发能量,这些能量绝对会超过这个数字。

显然,最好是从非常非常远的地方见证恒星的爆炸死亡。幸运的是,情况通常如此;天文学家每年发现的数千颗超新星中,大多数都距离我们数亿光年——实际上是如此遥远,以至于我们需要巨大的望远镜才能看到它们。


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但这也证明了它们的威力:我们可以在整个宇宙中清楚地看到它们。

这引发了两个有趣(如果令人恐惧)的问题:在情况变得糟糕之前,你能离超新星有多近?或许更相关的是,是否有足够靠近地球、足以伤害我们的恒星定时炸弹?

超新星可以通过多种方式带来宇宙灾难。最危险的是高能辐射,如X射线或伽马射线。虽然我们地球的大气层可以作为缓冲,吸收一部分致命的冲击波,但这实际上会改变地球空气的化学成分——而且不是朝着好的方向改变。例如,臭氧层可能会被这样的事件摧毁,从而使我们太阳的有害紫外线在数年内未经滤过地到达地球表面。这可能导致动物癌症发病率增加,更糟糕的是,还会通过杀死地球食物链底层的微生物,从根本上扰乱生态系统。

雾霾可能是附近超新星造成的另一种大气副作用。分子氮是我们空气的主要成分,可以被高能辐射分解,然后与氧气重新结合,形成二氧化氮,一种深红棕色(且有毒)气体。当数量足够多时,这个过程会显著减少到达地球表面的阳光,并导致全球降温事件。在经历了数十年的全球变暖之后,这听起来可能令人耳目一新,但这样的事件实际上可能会彻底扰乱生物圈,在极端情况下甚至可能引发冰河时代。

这种辐射冲击我们的大气层也可能产生巨大的快速移动电子波,从而产生电磁脉冲,可能会损坏电子设备,并摧毁区域甚至国家电网。

多年来,天文学家对这种可能性进行了大量研究,好消息是——某种程度上算是好消息——超新星必须距离地球约160光年以内才会造成这种损害。这在浩瀚的星系尺度上已经相当近了,但在人类一生中发生的可能性微乎其微。

银河系也是一个庞大的星系——直径12万光年——而且大约每几十年就会发生一次超新星爆发。超新星如此接近地球以至于伤害到我们的机会很小——但令人恼火的是,并非为零。这就引出了第二个问题:是否有任何恒星足够接近,以至于一旦它们爆炸就会影响我们?

嗯,算是吧。

产生超新星的一种方法是从一颗大质量恒星开始。它愉快地在其核心中将氢融合成氦数百万年,但逐渐开始耗尽。当它耗尽核燃料并开始死亡时,它会经历各个阶段。它膨胀成红超巨星,甚至可以变成蓝色或黄色。然而,它通常会在最终事件发生之前变回红色

最终,恒星耗尽了燃料供应。当这种情况发生时,核心坍塌并爆炸,爆发出真正令人灵魂蒸发的能量——以及相当多的物质。所有这些都撞击到恒星的外层,并以每秒数千公里的速度将它们发射出去,就是我们实际看到的壮观而明亮的超新星的成因。

以这种方式制造超新星的质量下限约为太阳质量的八倍。如果质量小于这个值,核心就缺乏爆炸的动力。

这就引出了角宿一。它是天空中最亮的恒星之一,在室女座中很容易看到,而且它质量很大,可能是太阳质量的十几倍,因此符合条件。它现在才刚刚开始耗尽燃料,开始其成为红超巨星的漫长旅程。

这是个好消息:角宿一在很长很长一段时间内都不会爆炸。即使它现在爆炸,以距离地球约250光年的距离来看,它也太远了,对我们构不成太大威胁。它会变得非常明亮,甚至超过满月,这可能会损害许多植物和动物的昼夜节律,所以这不太好。但除此之外,我们应该是相当安全的。

角宿一是离我们最近的大质量恒星超新星候选者,所以就目前而言,我们看起来不错。

然而,还有另一种超新星。如果一颗超高密度的白矮星(类似太阳的恒星死亡后留下的核心)被附近的伴星——例如像太阳一样的恒星,或另一颗白矮星——环绕,那么这颗伴星可以将大量物质倾倒到白矮星上。如果这颗超高密度的白矮星质量达到太阳质量的约1.4倍,其强大的引力将点燃积聚物质中的聚变波,产生一颗质量与恒星相当的热核炸弹。这也产生了一颗超新星。其性质与大质量恒星爆炸时不同,但总体效果相似。

在我们附近有这样的白矮星双星系统吗?有。天鹅座IK星是一个双星系统。主星是一颗类似于太阳的普通恒星,但质量更大、更明亮、更热。它被一颗质量与太阳大致相同的白矮星紧密环绕。

目前这个系统是安全的;这颗普通恒星似乎没有将其任何质量转移到白矮星上。但在未来的某个时候,这颗普通恒星也将开始死亡。它会膨胀,并且肯定会将大量物质倾倒到白矮星上。虽然这需要一些时间,但这个系统很可能会产生超新星。

坏消息是:它距离我们只有150光年,足够近,具有危险性。

好消息是:太空中的一切都在移动,包括太阳和天鹅座IK星。它不太可能在数百万年内爆炸,到那时它将离我们远得多。当它发生超新星爆发时,我们将安然无恙。因此,虽然天鹅座IK星在技术上是最近的超新星候选者,但这只是暂时的。

当然,随着时间的推移,其他现在离我们太远而不会伤害我们的恒星可能会移动到射程内。虽然这并不完全令人安慰,但我们谈论的是数十万年,甚至数百万年后的时间尺度。

这样说吧:在我的2008年出版的书《来自天空的死亡!》中,我详细介绍了超新星如何给我们带来沉重打击。我为那本书做了大量研究,最终我得出结论,这不是我们应该担心的事情。在时间和空间上,都有更紧迫的问题应该占据我们的思想。银河系是一个粗糙的街区,但至少现在,我们还好。

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