宇宙|超新星:元素的创造者 没有它们就没有我们
【参宿四】
超新星——一颗巨恒星的死亡,宇宙中最壮观的事情之一,巨大的爆炸能够照亮整个宇宙 。
巨恒星的生命挥霍地很快,死得也很早,在恒星的核心内部温度和压力都是巨大的 。恒星中心温度的内部温度可以达到10亿度 。
它是一颗滴答作响的定时炸弹,一颗巨大恒星的生命中最后几分钟,是难以形容的能量爆炸,是我们在宇宙中看到的最具灾难性的事件 。它的亮度比构成银河系的数千亿颗恒星的总体亮度还要亮!
然而,这些恒星的死亡同时也是生命演化的关键 。我们的存在离不开超新星,可以说,没有超新星,我们就不会存在 。
当然,不是每颗恒星都有资格成为超新星的,想要成为超新星,科学家们认为它的质量至少要比我们的太阳大8倍 。
太阳主宰着我们的太阳系,所以我们很容易把太阳想象成一个难以置信的巨大物体,但是如果我们的太阳与宇宙中其他一些巨大的恒星相比绝对是很小的 。
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恒星尺寸比较
有一些巨大的恒星,我们肉眼也能看到 。在夜空中有一颗亮度排第十星星,它是一个红色超巨星,大约是太阳质量的15倍,那就是——参宿四 。
参宿四非常巨大,如果把它放在我们的太阳系里,它会延伸到木星的轨道上 。它是银河系中最大的“猛兽”之一,同时也是一颗濒临死亡的恒星 。
参宿四的年龄不到1000万年,它马上就要爆炸了 。一旦发生,我们将看到天空的一片区域在14天内变亮,直到它几乎和满月一样亮 。这将是历史上最壮观的表演之一 。
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参宿四爆炸时天空的景象想象图
而且,它随时都可能发生!也就是说,在夜晚,当我们抬头看猎户座,看到参宿四,说不定你能就看到它爆炸了 。
那么是什么让参宿四变成超新星呢?
【超新星的生命过程】
要了解一颗巨恒星的死亡,我们就需要了解它的生命过程 。从诞生到死亡,一颗恒星的生命就是一场永不停息的战斗 。
重力不断地向内拉,而能量却不断向外推,在恒星的内部正在将无数个原子核融合在一起 。原子相互撞击,距离非常非常接近,如果它们离得足够近,它们就会粘合在一起,形成一个更大的原子,同时产生巨大的能量 。
一颗巨恒星每一秒钟就会聚变75亿吨的氢 。这个能量大约相当于,每秒1000亿颗原子弹 。这绝对是一个巨大的爆炸 。
这种爆炸性的能量可能会把恒星给炸开,但恒星自身巨大的引力就像有个盖子给盖住了 。
可以这么说,宇宙中的一切都是向内的引力与向外的压力或能量之间的战争 。天空中的每一颗星星,甚至我们的太阳都是一个令人难以置信的动态战场 。
在很多方面,恒星实际上是一种大到无法炸开的爆炸,是引力将其凝聚在一起 。这两种对立力量的战争决定了恒星的生与死 。
这就是尺寸的重要性所在,恒星质量越大,向内的引力就越大,同时恒星向外的推力也就越大,以维持自身的生存 。
非常大的恒星就像服用了类固醇的恒星,它们有很多燃料可以燃烧 。它们的能量非常巨大,以至于它们以极快的速度耗尽燃料 。
像参宿四这样的大质量恒星是巨大的工厂,这个工厂将较轻的元素融合成较重的元素,但最艰苦的工作要到它们的最后几年才开始 。
在它们生命的90%时间里,它们将氢聚变成氦,但最终,氢开始耗尽 。在超巨星的核心有一系列的聚变过程,从较轻的元素到较重的元素,并且聚变的速度越来越快,死亡倒计时开始了 。
来自引力的向内推力起了作用,提高了内核的温度,氦开始聚变成碳 。由于恒星核心有足够的氦,所以可以维持一百万年 。当然,相比于整个恒星的生命周期,这个时间还是很短的 。
所以氦也会很快用完,然后核聚变开始加速,碳被熔合成氖 。这需要大约1000年的时间 。
接下来就是氖聚变成硅,这大约需要一年的时间 。一旦开始将硅熔化成铁,这只需要一天的时间 。
此时的恒星已经变得越来越疯狂,这有点像一个烹饪比赛节目,随着时间的流逝,他们想做的事情越来越多,他们会变得越来越手忙脚乱,直到,叮,时间到了 。
正当这颗恒星正处于垂死挣扎之中,一旦铁的生产开始,这颗恒星的“丧钟”就敲响了 。
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