參宿四將成為超新星爆炸，即使在白天，也可以看到奪目的光芒！

2020-10-18 博科園

雖然獵戶座肩膀上參宿四這顆著名的恆星，可能會在未來幾天、幾年、幾百幾千年、乃至100萬年內消亡，但科學家們堅持認為，參宿四變暗是由於恆星的脈動造成，這種現象在紅超巨星中相對常見，參宿四幾十年來一直被認為屬於這一類。

巧合的是，加州大學聖巴巴拉分校的研究人員，已經對參宿四這樣恆星脈動爆炸時的超新星亮度做出了預測。物理學研究生賈裡德·戈德伯格與該校卡夫利理論物理研究所(KITP)所長、格魯克物理學教授拉爾斯·比爾斯頓以及KITP高級研究員比爾·帕克斯頓共同發表了一項研究。

詳細描述了恆星脈動將如何影響隨後發生的超新星爆炸，其研究成果發表在《天體物理學》期刊上。美國國家科學基金會研究生研究員戈德伯格說：我們想知道如果一顆恆星脈動在不同階段爆炸會是什麼樣子。

早期的模型比較簡單，因為它們沒有考慮脈動的時間依賴效應。當參宿四大小的恆星最終耗盡了在其中心融合物質時，它就失去了阻止其在自身巨大重量下坍塌的外部壓力。由此產生的核心塌陷發生在半秒內，比恆星表面和外層速度要快得多。

（上圖所示）與大多數恆星不同的是，參宿四足夠大，距離也足夠近，科學家們可以用ALMA望遠鏡這樣的儀器來分辨。圖片：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

當鐵核坍塌時，原子解離成電子和質子。這些結合在一起形成中子，並在這個過程中釋放出稱為中微子的高能粒子。正常情況下，中微子幾乎不與其他物質相互作用，但例如萬億中微子每秒穿過你的身體和地球，卻沒有一次碰撞。也就是說，超新星抱著是宇宙中最強大的現象之一。在核心坍塌中產生的中微子數量和能量是如此巨大，即使只有很小一部分與恆星物質碰撞，通常足以發出能夠讓恆星爆炸的衝擊波。

由此產生的爆炸，以驚人的能量撞擊恆星外層，造成的爆炸可以短暫地讓整個銀河系黯然失色。爆炸在大約100天內保持明亮，因為只有當電離氫與失去的電子重新結合成為中性時，輻射才能逃逸。這意味著隨著時間的推移，天文學家可以看到超新星更深的內部，直到來自中心的光線最終得以逃逸。在這一點上，所有剩下的就是放射性塵埃的昏暗光芒，它可能會持續發光數年。

超新星的特徵隨恆星質量、總爆炸能量以及更重要的是其半徑不同而不同，這意味著參宿四的恆星脈動使得預測它將如何爆炸變得相當複雜。研究人員發現，如果整個恆星都在一致地脈動，超新星的行為就像是參宿四是一顆半徑給定的靜態恆星一樣。然而，恆星的不同層可以相互相反地振蕩：外層膨脹，中間收縮，反之亦然。

對於簡單的脈動情況，該團隊模型產生了與沒有考慮恆星脈動模型相似的結果。在恆星脈動的不同位置，看起來就像是一顆來自較大恆星或較小恆星的超新星。當開始考慮更複雜的脈動時，也就是在物質移入和移出的同時，研究模型確實會產生明顯的差異。在這些情況下，研究人員發現，當光線從爆炸逐漸更深的層洩漏出來時，排放看起來就像是來自不同大小恆星的超新星結果。

恆星被壓縮部分發出的光較弱，就像我們對更緻密、沒有恆星脈動所期望的那樣。與此同時，來自當時正在膨脹的恆星部分的光線會顯得更亮，就像它來自一顆更大、沒有恆星脈動一樣。

戈德伯格計劃與物理學教授安迪·豪厄爾和KITP博士後研究員埃文·鮑爾一起向美國天文學會研究筆記提交一份報告，總結他們專門在參宿四上運行的模擬結果。Goldberg還與KITP博士後Benny Chan合作，比較超新星的不同輻射傳輸技術，並與物理學研究生平松大一合作，將理論爆炸模型與超新星觀測進行比較。

博科園｜研究/來自：加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校

參考期刊《天體物理學》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab7205

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    來源：NASA/ HST參宿四是銀行系中最佳候選超新星之一，廣受關注。早些年，可以用望遠鏡看到遙遠星系的超新星，但很難在我們銀河系中看到：1604年，位於蛇夫星座的克卜勒星是觀測到的最後一個超新星， 1987年又觀測到大麥哲倫星雲附近的超新星，僅此而已。像參宿四這樣的紅巨星，壽命短，氫燃料不到1000萬年便可耗盡。
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  • 「參宿四」發生超新星爆炸,會不會導致人類滅絕?
    「參宿四」發生超新星爆炸，會不會導致人類滅絕？要說在宇宙當中最恐怖的能量傾瀉，那麼就當屬超新星爆炸了。超新星不是一種星體，它只是大質量恆星演化的一種階段。而當超巨星無法維持自己的體積之後，就會發生爆炸，這個過程就被稱為「超新星爆炸」。超新星爆炸有多恐怖？大概它在一秒鐘內釋放出的能量，就相當於太陽窮盡一生百億年釋放出的能量。
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