超新星爆發是大質量恆星在主序期結束後,向中子星或者黑洞演化過程中的一個歷經階段,從我們捕捉到的超新星爆發的現象來看,無論是從亮度,還是釋放出來的巨量高能粒子,都是普通恆星遠遠無法比擬的。那麼,如果在距離地球4光年的區域發生了超新星爆發,我們的地球會怎麼樣呢?
超新星爆發的原因
恆星是一個恆星系中最核心的星體,也是我們探知宇宙最易發現和最易上手研究的目標,和生命一樣,恆星也具有「生老病死」的生命周期,從不斷吸聚周圍星際氣體和塵埃物質誕生恆星以後,隨著時間的推移,恆星也會在核聚應的物質積累過程中,隨著宇宙演化的步伐同時延伸自己的演化進度條,而超新星就是恆星演化路途中的一個特殊階段。
恆星在主序期以內,其內部核心在極高溫度的驅動下,持續進行核聚變反應,產生向外的輻射壓,這種壓力與恆星外部物質所受重力相平衡,從而維持著恆星的穩定狀態。實際上,恆星的存在機制,與輻射壓和重力二者每時每刻的抗衡密不可分。輻射壓高了,恆星體積就會膨脹,致使內部溫度降低,核反應強度下降,拉低輻射壓;輻射壓低了,外部物質就會向內坍縮,部分引力勢能和物質碰撞就會轉化為熱能,推動提升內核溫度,核反應強度就會升高,推動輻射壓提升。在這樣持續反覆的過程中,一方面源源不斷地消耗核反應物質,另一方面核反應的新生成物質不斷地在恆星內部產生,如果溫度升高的程度達到新物質的核聚變條件,則恆星就會進入下一個核反應的階段,否則只能持續坍縮完成恆星的生命歷程。
而決定著恆星到底演化到哪一步,主要取決於恆星的原始質量。質量越大的恆星,其核反應的進程就會越長,新生成的物質就會越多,恆星最終由不同物質組成「洋蔥圈」層數就會越複雜,坍縮程度也會越劇烈。對於核聚變結束以後參與質量達不到錢德拉塞卡極限(1.44倍太陽質量)時,則只能形成白矮星;而大於錢德拉塞卡極限小於奧本海默極限(3.2倍太陽質量)時,就會形成中子星;大於奧本海默極限則最終有可能演化為黑洞。既然超新星是大質量恆星朝著下一步進階形態演化的中間特殊階段,其質量是至關重要的因素,而決定著質量大小則有兩種來源途徑:
第一種是原始恆星的原始物質積累,是自給自足型的,也是眾多超新星形成的主要方式。在這種情況下,恆星的最內層圈層已經通過核聚變形成了鐵核,由於鐵的比結合能最高,要讓它發生核聚變,其所需的能量要大於釋放的能量,因此核聚變的能量就入不敷出,難以再進行下去,於是核聚變就會停止,恆星外層外質發生劇烈的向內坍縮,與鐵核發生猛烈的碰撞,發生內爆現象,從而產生強大的反彈激波,將恆星中部和外部物質剝離出去,形成壯觀的物質噴發,內部剩餘的物質最終形成中子星或者黑洞。
第二種是通過吸收其它恆星完成物質積累,是外來輸入型的,就是在雙星系統中,其中一顆已經完成主序期的使命演化為白矮星,另外一顆是處於伴星狀態的紅巨星或者白矮星,主星的白矮星由於質量較大,會從另外的伴星中慢慢地吸收物質,從而逐步壯大自己的陣營,當自身質量超過錢德拉塞卡極限以後,就會重新激活碳聚變過程,而由於內部核心組成物質的密度非常大,不能再靈活地調整輻射壓,使之與重力作用之間保持平衡狀態,因此這時候的核聚變進程屬於不可控的狀態,向外的輻射壓激烈增加,致使整顆恆星都因劇烈的核反應而被炸得分崩離析。這種超新星爆發,科學界稱之為La型超新星爆發,由於它們在爆發時會放出比較固定的光度,因此被當作「標準蠟燭」,作為計算宇宙距離的重要工具。
超新星爆發所釋放的物質
當大恆星生命歷程進行到末期發生超新星爆發時,一般情況下會將全部或者大部分的組成物質,在極短的時間內、以近十分之一的光速向外拋灑出去,同時釋放出巨大的能量。在此過程中,巨大的能量可以使原來被拋灑出去的組成物質,有了進一步發生聚變的能量條件,因此形成了眾多比鐵的原子序數還要大的重元素,之後拋灑物質逐漸冷卻和減速,形成行星狀星雲。
除了這些之外,在超新星爆發中還會產生其它物質,比如:
通過俘獲電子和鐵核坍縮,被拋灑的外層物質會同時攜帶巨量的能量,可能要比我們的太陽在全部生命周期中通過核聚變釋放的總能量還要多出許多倍,以致於發出明亮的光線可以照亮整個星系。高能量的伽馬射線,這是攜帶能量最高的一種光線,可以在較短的時間內摧毀近距離上的行星表面的生態環境。
中微子流,這是核聚變反應過程中發生的一種特殊粒子,在失控的核聚變條件下加熱反彈激波,與組成物質發生脫耦作用,以近乎光速的速度逃逸出去。
電磁脈衝。參與內核在形成中子星的過程中,其自轉軸與磁軸有一定的偏差,電子就會產生同步輻射,當兩個軸極之間的夾角通過我們的探測器時,我們就會接收到相應的高強度電磁脈衝。4光年外如果爆發超新星
其實在距離地球4光年之外的恆星,就是比鄰星,它的質量僅比太陽大一點,根據質量對應關係,其在結束主序期以後,不會產生超新星爆發現象。那麼,假如4光年外真的有超新星爆發呢?這無疑會對地球產生毀滅性的打擊。
根據科學家測算,在距離地球1000光年的超新星爆發,將會對地球生命形態產生嚴重影響;如果距離在100光年處,就會嚴重破壞地球的大氣層,不但到達地球的輻射能量可能會超過現在階段的太陽輻射,致使地球溫度明顯提升,而且強烈的伽馬射線暴能夠摧毀任何生命形式。
據科學家們推斷,在距今4.4億年前發生的奧陶紀大滅絕事件,當時導致了地球85%的生命絕跡,而造成這起事件的原因,極有可能是由一顆超新星爆發所釋放的伽馬射線暴所導致,在極短的時間內,地球的大氣層特別是臭氧層遭到了極大破壞,從而使地表生物幾乎暴露在高能粒子的衝擊之下而大量死亡。
不過,我們應該感到慶幸,在宇宙近地環境中不存在這樣的超新星爆發或者潛在的爆發條件。根據科學家們根據模型推測的結果,距離地球1000光年的範圍內,發生超新星爆發事件的頻率為8600一次;距離地球500光年的範圍,發生頻率為8萬年一次;而距離地球100光年的範圍,發生頻率僅為860萬年1次。而且伽馬射線暴就像雷射一樣,它帶有強烈的方向性,並不是向宇宙向個方向均勻擴散,只有當它的集中方向衝向地球時,我們才會受到影響,這進一步拉低了超新星爆發對地球影響的概率和危害程度。