太陽會發生超新星爆發嗎?

2020-12-04 探索未來科學

早晚會,但在幾億年的短時間內不可能。

要想理解為何如此,我們需要先來看看,恆星演變是怎麼個過程。

宇宙始於137億年前的一次大爆炸,宇宙從爆炸中生產出來的最早期的元素是氫、氦這樣的原子量比較小的元素。慢慢的,這些元素由於引力的作用聚集在一起,越來越多,就如同滾雪球一般,形成原始宇宙中的天體。這些天體又使得更多的氫元素被吸引過來。隨著天體聚集的氫和氦越來越多,引力的效應開始顯現。這些原子分子之間開始發生碰撞,溫度就會逐漸升高。

隨著引力的不斷加強,這些原始的天體內的氫元素相互撞擊力度不斷加大,最終會引爆氫元素的核聚變反應,放出巨大的能量,並同時生產出氦。產生的能量會向外輻射加熱外圍的粒子,使它們不會落入到內部去。

這個時候,恆星的核心在不斷進行著核聚變,向外圍釋放著能量,使得外圍的粒子不會落入到恆星的中心能發生核聚變的位置,這樣在恆星中心到表面地帶不會發生核聚變反應,因為溫度和壓力都還不夠,無法達到開啟核聚變的條件,它們是一團炙熱的圍繞恆星發生聚變反應的等離子團。這樣恆星就會出現一個短時間的引力和斥力的相對平衡階段。

接下來,恆星會消耗光全部的核心氫元素之後,溫度還不能達到使氦聚變成更重的原子核得程度。於是核心地帶的聚變反應消停了一會,但是與核心地帶緊鄰的外圍氫元素對聚變的溫度要求沒有那麼苛刻,於是核聚變開始外移。

隨著原來核心附近的氫元素核聚變釋放能量生成更多的氦元素,這些氦元素就又落入到恆星核心處,隨著氦元素不斷在恆星中心聚集,導致恆星核心的物質密度、溫度不斷增加,終於開啟了第二輪核由氦元素聚變生成碳元素的反應。此刻,恆星核心之外聚變還處於氫→氦的過程。恆星的核聚變過程就是如此內外變化,核心不斷生成更重的元素,釋放能量,抵抗自身的引力塌縮過程。

在絕大數情況下,恆星會聚變到鐵元素為止。因為鐵的結合能最高,要想試圖破壞鐵的原子核進而聚變成更高的元素,就需要極高的溫度,起碼也得100億攝氏度。這種苛刻的條件就阻止了恆星內的元素聚變到鐵以上的元素上了。當然也有極端案例,比如超新星爆發,中子星合併等。

在整個過程中,引力一直都牽引著恆星外圍的物質向中心處塌縮。一開始靠電子簡併壓力抵抗引力坍縮,如果抵抗住了,那麼這就是白矮星。如果沒有抵抗住,就接著由中子的簡併壓力抵抗引力坍縮,此時抵抗住引力了,那就是中子星。如果還沒抵抗住,那就只能變成黑洞了。

我們按照上面的恆星演變過程來看看太陽今後的走向。

1、太陽的質量和大小,在一般可見的恆星中屬於中等,宇宙中有很多比太陽大得恆星並沒有演變到足以發生超新星爆發的階段,太陽沒理由比它們提前爆發。

2、按照絕對亮度比較,太陽並不高,這說明太陽的熱核反應不劇烈,放出來的能量不算高,在恆星發展到爆發之前,一定有一個能量劇烈升高的階段。

3、所有的恆星都有趨向於向爆發發展的趨勢,但是並不是所有的恆星都具備變成超新星爆發的條件。因為一個恆星向這個方向發展需要不斷積累質量,而質量的增加取決於恆星周圍宇宙中的核燃料的量,目前看,對於太陽來說,若干億年的短時間內,都不可能積累那麼多質量。

4、目前,我們的太陽還處在外面的氫元開始塌縮,核心地帶的核聚變不斷釋放能量,這些能量足以對抗引力的這個階段,這個階段估計還能保持50億年。

5、早晚有一天,太陽也是會發生內部和外部同時聚變,那麼釋放的能量就比原先大的多。巨大的能量把太陽內部的物質往外推,於是太陽體積越來越大,變成了紅巨星,其半徑足以吞噬水星和金星甚至是地球。有部分天文學家將紅巨星的膨脹過程視為第一次超新星爆發。

6、太陽不存在第二次超新星爆發的可能性,因為太陽的質量太小,其引力還不足以把自由電子壓到原子核內。這時候引力被電子的簡併壓力抵擋住了,這就是白矮星。太陽的質量決定了它的歸宿只能是白矮星。

總結,太陽最終發生第一次超新星爆發的可能性是百分百的,但是不可能出現第二次超新星爆發。目前地球人類還很安全,明天早上起來,太陽還在。

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