【未解之谜】超新星爆发 参宿四会引发物种灭绝吗？

大家好，我是扶摇，欢迎和我一起探索未解之谜。

2020年的夏天，位于夏威夷毛伊岛哈雷阿卡拉火山的泛星计划（Pan-STARRS）望远镜突然探测到大量的辐射，而发射源来自距离地球大约1.2亿光年的NGC 5731星系，一颗即将走完生命进程的红超巨星正在猛烈喷射气体。几个月之后，2020年的秋天，一颗超新星照亮了天空，科学家将其命名为超新星2020tlf（SN2020tlf）。这是有史以来，天文学家首次实时见证了红超巨星走向超新星爆发的全过程。

说到超新星，如果光看名字，大家可能会觉得超新星也是一种星体，其实它只是恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸，亮度非常耀眼。我们一会儿详细说说。

而红超巨星的前身就是恒星，于是人们不由地要问，那我们的太阳未来的命运会如何，是否也会最后爆炸成超新星？那时候，地球又会怎样？还有离我们很近的参宿四曾出现异动，难道要超新星爆发了吗？今天，我们就来和大家聊聊这些问题。

恒星的演化

我们先从恒星的出生开始说起。所有的恒星都会诞生于一个巨大的星云之中，有多大呢？典型的星云直径大约是100光年，其中包含的质量大约是太阳质量的600万倍。当这个星云由于各种原因发生碎裂后，就会分裂成越来越小的碎片，大量的低温气团因为自身重力收缩，密度升高，重力势能转化成热能，从而释放出大量的热量，于是最后碎片凝聚成超热的气体旋转球，叫做原恒星。按照佛家“成住坏灭”的说法，恒星处于“成”的初期，如同婴儿刚刚降生一般。

之后，这个恒星婴儿就进入了成长阶段。它在星云中继续吸引和积累星际气体和星尘。像太阳同等质量的恒星，这个成长过程大约花费10万年左右。之后，原恒星就会根据其最终质量，演化成不同的星体。

质量特别小的，少于0.08个太阳质量的原恒星就会变成“棕矮星”。棕矮星挺尴尬的，因为它太大而不能称为行星，太小又不能称为恒星。它发出的光很黯淡，在数亿年的时间内会逐渐冷却而慢慢消失在可见光中。

而质量是8个太阳质量之内的原恒星将会变成“低质量恒星”，质量更重的将成为“大质量恒星”。而这两者的未来发展也会大不相同。

这个阶段恒星处于稳定时期，也就是“成住坏灭”过程中“住”的时期，被称为主序星，一颗恒星将在主序阶段度过它的大部分生命。

 太阳的未来

在恒星的整个生命中支撑它的能量就是氢。质量越大的恒星，氢消耗的速度越快，所以生命也就越短。按照现在科学界的推算，太阳这样的恒星大约有100亿年的生命，现在估计太阳大约有45亿年了，所以应该说正处在壮年期吧。那么再过50亿年，太阳会变成什么样呢？

按照现有的理论推演，太阳的颜色会由现在的黄白色变得越来越红，而体积呢也会变得越来越大，最后直径能有现在的256倍，变成一颗红巨星。到时候，近日行星，包括水星、金星、地球都会被太阳一口吞下。

不过地球上的人类恐怕无法看到这一天，因为科学家预计，从现在大约过30亿年以后，地球的表面将变得如同金星一般高热。再过几十亿年后，地球的空气都会向外太空逸散，最后变成焦黑的行星。也就是说，等不到地球被太阳吞掉，人类就已经无法在地球上生存了。所以说，星际移民要趁早啊。

再回到太阳这儿，它变成红巨星之后，在最终耗尽了所有的燃料之后，就会不断向内坍缩，最后变成一个白矮星。白矮星的密度非常非常大，一颗与太阳一样重的白矮星，其半径大约只有太阳的1%。再形象点说，一茶匙的白矮星物质大约有5.5吨重，比最重的亚洲象还重。

 超新星爆发

在太阳系这样的单恒星星系中，变成白矮星的恒星最终命运就是耗尽所有能量之后，变成冰冷且黑暗的黑矮星。但是宇宙中的星系，其实大多数都是联星星系，就是两颗或者更多颗恒星相互环绕的这么一种星系。比如天狼星双星系统。

如果这样的星系，其中一颗主恒星变成了白矮星，那么它就会吸收伴星的能量。吸收过来的能量会变成气体被拉到白矮星周围的一个大圆盘上，随后这些气体也就会围着白矮星进行旋转，旋转过后这种气体也就会慢慢发热，随后将会落到白矮星之上。

如果这颗白矮星的质量越来越大的话，有可能将会达到它的质量极限——钱德拉塞卡极限，这个极限大概是1.4个太阳的质量。超过这个质量极限之后，白矮星就会进一步坍缩变成密度更大的中子星。不过这个过程可是惊天动地的。为什么呢？因为白矮星会发生超新星爆炸，放射出大量电磁辐射，发出耀眼的光芒，这个光的明亮程度甚至超过整个大星系的亮度，这个过程可能持续几周至几个月甚至几年才会逐渐衰减。那么到底释放了多少能量呢？科学家认为，一颗超新星所释放的辐射能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相当。

而超新星爆炸也有很多，像我们刚才说的白矮星因为质量超过界限发生的爆炸，被称为Ia型超新星。它有什么特别之处呢？因为它都是白矮星在同一个质量点爆炸的，因此爆炸的威力和光度是基本一致的，这就为科学家们测量宇宙天体距离提供了一个准星，天文学家们把它叫做标准烛光。也就是说，通过测量不同星系中的Ia型超新星，就能知道这个星系离我们有多远。

超新星爆发除了白矮星带来的这种形式，还有另一种，就是我们在节目一开始介绍的，由“红超巨星”直接爆炸而成。

刚刚我们说了恒星在进入老年期之后，就会变成“红巨星”。而如果恒星是质量很大的“大质量恒星”，它就会变成“红超巨星”，质量再大的就叫“红特超巨星”。

“红超巨星”和“红特超巨星”带来的超新星爆炸，可以说更可怕，因为这不仅会产生中子星，甚至还会“炸出”黑洞。

 中子星和黑洞

先来说说中子星，它可以说是非常神秘的星体，密度超级超级大。它的内部已经没有什么电子、原子核啦。因为压力超大，不仅原子的外壳被压破了，而且连原子核都能被压破，质子和中子都被挤出来，质子碰到电子，又结合成中子。就这样，把整个星体就只剩中子了。咱们还是形象些打个比方，中子星的密度是每立方厘米10亿吨，就好像把喜马拉雅山压成一块方糖那么小。

中子星旋转速度极快，两磁极放射极强的辐射，辐射所到之处几乎没有生命能存活。由于有的中子星磁轴和自转轴并不重合，磁场旋转时所产生的无线电波等各种辐射可能会以一明一灭的方式传到地球，就好像灯塔般一闪一闪，被称作脉冲星。大家注意一下哦，不是所有的中子星都是脉冲星，有的中子星没有脉冲的。同样，也不是所有的脉冲星都是中子星，因为有的白矮星也会这样一闪一闪。据说脉冲星刚刚被发现时，人们还以为这是外星人传来的信号，后来才发现自己想多了。

如果中子星继续吸收质量坍塌，超过奥本海默极限，那就会产生黑洞。而如果进行超新星爆炸的“红超巨星”的质量超过太阳质量的20倍，那么它爆炸后也极可能直接产生黑洞。

黑洞是宇宙中存在的“怪兽”，它周围的时空极度扭曲，拥有极端强大的引力，以致于所有粒子、甚至光这样的电磁辐射都不能逃逸。一份最新发表在《天体物理学期刊》的论文显示，根据研究模型的推算，我们这个可见宇宙中有大约有4千亿亿个黑洞，也就是4X10¹⁹个。

黑洞形成后，它可以通过吸收周边的物质来继续生长。科学家发现的黑洞质量基本上都处于两个极端：一类是恒星质量级别的黑洞，这类黑洞质量大约是太阳的10─24倍；另一类是超级黑洞，各个星系的中心都盘踞着一个这样的超级黑洞，质量可以达到太阳的数百万至数十亿倍。

超级黑洞的形成原因目前还是个谜。有天文学家发现了黑洞的合并行为，因此推测黑洞有可能通过吸收其它恒星并与其它黑洞合并，成为超级黑洞。不过说实话，如果每个星系中心的黑洞都是这样形成的，那整个过程该是多么漫长。

 参宿四会变身超新星吗？

那么在我们的银河系中，有没有会发生超新星爆发的候选者呢？有。那就是位于猎户座肩部的参宿四。参宿四是一颗明显的红色亮星，也是夜空中最容易认出的恒星之一。它距离地球640光年，质量是太阳12倍、半径约900倍、体积约7亿倍。如果把参宿四搬到太阳的位置上，那么它能将木星吞噬。

参宿四很年轻，只存在了1千万年。但是大家还记得我们之前说了，恒星体积越大寿命越短吗？所以它早已燃烧完核心内的氢，现在已经进入了变成超新星的第一步——变成红超巨星。而2019年底到2020年初，参宿四的明亮度还一度降至历史最低点。当时有人觉得，这很可能是参宿四要超新星爆炸的前奏。

于是不少人因此陷入了恐慌，为什么呢？我们之前说了，超新星爆发释放的辐射能量非常强，它形成的中子星也好、黑洞也好，也都会释放出超强辐射。如果这次爆发离地球很近，那么很有可能会因此破坏地球的大气层。美国​​伊利诺大学厄巴纳香槟分校的天文物理学研究团队指出，在3亿5900万年前，也就是泥盆纪末期，地球遭遇了最大规模之一的物种灭绝事件，而这次事件很可能就是太阳系外的超新星爆发所造成的。如果参宿四发生超新星爆炸，会不会给人类带来再一次的生物灭绝呢？

就在众人的各种猜测、疑惑、研究中，2020年4月，参宿四又恢复了原先的亮度。大家就更奇怪了，它身上到底发生了什么呢？

后来，一份发表在《自然》杂志上的论文揭开了参宿四的变暗之谜。研究团队认为参宿四在此大幅度变暗之前的某个时刻，这颗恒星在向外脉动之下，喷出了一个远离它的巨大气泡，而当不久之后表面的一块区域冷却下来时，温度下降到足以让气体中的重元素凝结成固体尘埃，正是这些尘埃导致参宿四看起来变暗。看来是虚惊一场呀。

不过，参宿四已是注定会进行超新星爆发的了，关键是在什么时候？这得看它的核心在燃烧什么物质，氦？碳？硅？只有当它核心的可聚变材料耗尽，只留下了铁、镍和钴的时候，参宿四才会爆炸。

澳大利亚国立大学（ANU）的一个研究小组，通过恒星演化、流体力学和数学建模分析了参宿四，得出它正处在燃烧氦的阶段的结论，因此，参宿四至少还可以存在个100万年。

而且，即便参宿四爆发了，大家也不用担心，因为参宿四的自转轴与太阳系方向仍然有30多度的差异，磁极发射的超强射线不会射向地球。所以呢，担心参宿四引发生物大灭绝的朋友们，可以安下心来了。

好了，今天的分享就到这里了，未解之谜，我是扶摇，我们下期再见。

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（责任编辑：李红）