太陽系外的故事 三恆星系統的海山二！我們有生之年能看到超新星嗎？

超新星爆發會影響地球嗎? 所謂的超新星 簡單來說就是大質量恆星 在死亡時發生的劇烈爆炸 我們經常在一些科幻電影裡可以看到 超新星爆發釋放的伽馬射線 會給地球帶來毀滅性的災難 但是現實裡真的會發生嗎? 其實這就要看它到地球的距離了 超新星並不是很常見 我們這些年發現的超新星 都是在銀河系外的星系裡 它們離地球都非常的遠 目前來看對地球沒產生什麼影響 真正可能對地球有影響的超新星 是銀河系內的超新星 也叫核內超新星 這樣的超新星很少 據統計整個人類歷史上 被確定下來的核內超新星只有8次 而且這8次還都是發生在望遠鏡發明之前 自從望遠鏡發明以來 到現在已經400多年了 還沒有發現新的銀河系內超新星 不過距離地球比較近的 有可能爆發為超新星的恆星倒是有幾個 其中最出名的兩個 一個是獵戶座的深宿四 另一個是船底座的海珊二 深宿四的事兒我們已經聽了太多了 今天我們來說另一個不太被人注意的恆星 海珊二 海珊二在船底座星雲裡 這是一個我們不太常聽說的星雲 但是它是一個非常大的星雲 比我們熟悉的獵戶座星雲要大4倍 也要比獵戶座星雲更亮 我們用肉眼就可以看到它 但是很可惜只能在南半圈才能看到 亞洲大部分地區是完全不可見的 這是2020年5月在巴西拍攝的照片 在這棵樹的正上方 大家可以看到船底座星雲 如果從俯視銀河系的角度看的話 我們太陽系在這裡 屬於銀河系的焦距 然後大家往右上方看一下 這個4號點就是船底座星雲的位置 它比我們要更靠近銀河系的中心 距離地球大約8500光年 這個距離大家可能會覺得很遠 但是從宇宙的尺度來看 這個距離也只能算是鄰居級別的 1677年 埃德蒙·哈雷發現了海神二 當時他並沒有太在意海神二 因為像這樣的恆星宇宙裏太多了 但是大約50年後 也就是1730年左右 當時的天文學家發現 海神二突然開始變亮了 並且持續了50多年 到了1782年之後 它才開始慢慢變暗 然後大約過了40多年 它的亮度又回到了1730年之前的樣子 這張圖像中間最亮的這個點就是海神二 這麼看上去 它好像除了亮一點也沒什麼特別的 我們來放大看一下 從外表這樣看上去 怎麼看都不像是一顆恆星 對吧 其實大家現在看到的這個像葫蘆一樣的東西 是一片星雲 叫諸如星雲 這個星雲的中心有兩顆恆星 一顆叫海神二A 是它的主星 另一顆叫海神二B 是它的半星 海神二A的質量大約是太陽的90倍 亮度是太陽的500萬倍 海神二B的質量大約是太陽的30倍 亮度是太陽的100萬倍 大概在200年前 海神二A經歷過一次大爆發 拋出了大量物質 就形成了大家現在看到的 這個像葫蘆一樣的星雲 這次噴發也讓它成為了當時夜空中 第二亮的恆星 僅次於天狼星 但是大家要知道 天狼星距離地球只有8.6光年 而海神二距離地球7500光年 如果把海神二放到天狼星的位置上 它會有多亮呢 這裡我給大家介紹一下視星燈 視星燈是用來衡量天體在地球上 看起來有多亮的這麼一個單位 數值越小表示天體越亮 數值越大表示天體越暗 然後星等的數值每相差5 亮度就會相差100倍 比方說1等星比6等星亮100倍 比11等星要亮1萬倍 以此類推 我們在地球上看到的最亮的天體是太陽 它的視星燈是-26.7 其次是滿月 是-12.7 然後是太陽系最亮的行星金星 是-4.9 木星最亮的時候視星燈可以達到-2.9 夜空中最亮的行星天狼星的視星燈是-1.46 人類肉眼極限的視星燈是-6 這是人眼能看到的最暗天體 像天王星的視星燈是-5.5 這就已經接近人眼觀測的極限了 而海王星的視星燈是-7.8 這用肉眼是完全看不見的 就需要藉助一下小型望遠鏡了 而冥王星的視星燈是-14 像這種天體就需要非常強大的望遠鏡才能看到了 那海神二在1843年爆發的時候視星燈是-1 但是視星燈這個單位 純粹是指描述我們從地球上看到的亮度 它不考慮天體到地球的距離 所以很有可能你看到的離你很遠的暗星 實際上要比離你近的恆星更亮 如果把海神二放到天狼星的位置上 那它的視星燈大約是-15.7 亮度是天狼星的上百萬倍 比滿月還要亮很多 從地球上看它就像是第二個太陽一樣 但是海神二的這次爆發並不是超新星 而是一種假超新星事件 或者叫冒充超新星 就是恆星大規模的向外拋射物質 但是沒有完全爆炸 而且它這次噴出的物質擋住了大部分它發出的光 從1857年開始 海神二的亮度開始慢慢變弱了 到了1886年肉眼已經完全看不見它了 然後在這之後的60多年裡 海神二的視星燈一直都在7.6左右 人們再也沒在夜空中用肉眼看到過海神二 後來到了1953年 它的亮度又開始回升 視星燈上升到了6.5 從這之後它又變得越來越亮 到了2014年 它的視星燈已經超過了4.5 肉眼又可以看到它了 並且到目前為止它還在持續變亮 未來還有可能發生新的爆發 但是我說的這些是我們後來才知道的 當時的天文學家是不知道的 他們對於海神二這種 一會兒亮一會兒暗的情況很是費解 如果說海神二是一顆超新星的話 那1730年變亮那次它就應該已經爆發過了 那1843年的變亮又是怎麼回事呢 甚至到了20世紀末 它的亮度又開始回升了 一顆恆星總不能爆炸三次吧 所以用超新星就解釋不通了 直到1994年 有了哈勃太空望遠鏡之後 科學家用它對準了海神二 經過了長時間的曝光和圖像處理 人類終於看清了海神二的樣子 這就是當時哈勃望遠鏡拍攝的海神二圖像 誰都沒有想到 海神二竟然是這麼一個奇怪的形狀 但是海神二被一層很厚的塵埃雲包住了 哈勃望遠鏡的光學設備 沒辦法穿透這些塵埃雲 看到海神二裡面有什麼 所以科學家就開始用X射線望遠鏡來研究它 當時有一個衛星叫倫琴衛星 這個衛星是德國、英國和美國聯合製造的 上面就搭載了一臺X射線望遠鏡 科學家利用它發現海神二的X射線強度 隨時間變化得非常劇烈 甚至有時候還會出現完全消失的情況 後來1999年7月23號 NASA又發生了一個更強大的X射線天文衛星 叫錢德拉X射線天文衛星 這回科學家終於發現 海神二的X射線是有週期的 從1998年到2003年 再到2009年 再到2014年 海神二的X射線每五年半就會重複一次 所以科學家推測 海神二可能是個雙行系統 每五年半它們會最接近一次 這個時候它們的距離 大概相當於火星和太陽之間的平均距離 但是這個時候並不是它X射線最強的時候 反而是最弱的時候 甚至幾乎完全消失 可能很多人會覺得意外 不是應該越靠近X射線越強嗎 通常情況下是這樣的 但是海神二是個例外 海神二A雖然質量更大 但是它的橫行峯比較慢 大概是每秒500千米 海神二B的質量雖然小 但是它的溫度極高 橫行峯的速度可以達到每秒3000到5000千米 當這兩股橫行峯發生碰撞的時候 就會釋放X射線 所以X射線強不強 主要看這兩股橫行峯碰撞的位置在哪 大家看一下NASA給出的這個模擬視頻 當這兩個橫行離得比較遠的時候 這兩股橫行峯碰撞的面積比較大 產生的X射線非常強 但是當它們靠近的時候 X射線就會突然消失 因為大家看這些顏色比較深的地方 全都是這個大橫行產生的橫行峯 雖然它的速度比較慢 但是密度很高 而這個小橫行的橫行峯 被這個大橫行的橫行峯包住了 這個時候X射線就無法穿透這麼密集的橫行峯 X射線的強度就會突然下降 甚至完全消失 這也是海珊2比較特別的一個地方 然後當小橫行逐漸遠離大橫行的時候 X射線又會重新出現 這個恢復過程通常會持續幾週到幾個月 大家再來看一下這個三維模型就會更清楚了 這個模型是NASA在兩個橫行最接近的時候創建的 這個灰色區域代表的就是主橫行高密度的橫行峯 金色區域代表的是兩股橫行峯作用產生的高溫區域 也就是產生X射線的地方 我們可以看到在它們接近之前 X射線的強度會達到峯值 當它們最靠近的時候 X射線會被主橫行高密度的橫行峯完全包圍 X射線就會突然消失 然後當它們逐漸遠離的時候 X射線又會逐漸恢復 這就是海珊2的X射線完整的一個週期模式 但是大家以為這就沒了嗎 其實更神奇的還在後面 2018年8月3號 英國皇家天文學會月報發表了一篇論文 作者是內森·史密斯和阿明·萊斯特 他們在論文裡說 他們捕捉到了海珊2在1843年大爆發期間發出的光 但是已經過去這麼多年了 它們是怎麼做到的呢 其實這是一種叫光迴聲的現象 恆星爆發時發出的光在遇到星際塵埃時會被反彈 這些被反彈的光可能在很多年之後才會到達地球 被地球上的人捕獲到 這就是所謂的光迴聲 這個研究小組就利用了200年後纔到達地球的光 一點一點地還原了海珊2的真相 其實海珊2最初並不是一個雙恆星系統 而是一個三恆星系統 有三顆恆星 其中A和B這兩個比較大的恆星互相繞著對方轉 另一個比較小一點的恆星在更遠一點的地方繞著它倆轉 1730年 A這顆恆星的壽命到頭了 它開始不斷膨脹 並且與此同時 B恆星開始不斷吸收它的物質 最後B恆星膨脹到了大約100個太陽的質量 變得非常亮 這也是地球上的人第一次看到海珊2變亮的時候 A恆星被吸乾之後就只剩下一個駭盒了 它們兩個之間質量的轉變 也破壞了它們之間的引力平衡 原本在最外面的C恆星被拉了進來 而A恆星剩下的駭盒被甩了出去 這兩顆恆星的位置互換了 後來到了1843年 C恆星和B恆星發生了融合 也是我們剛才說的假超新星事件 它們這次融合噴出了將近10倍太陽質量的物質 在周圍形成了珠穀星雲 也就是這個像葫蘆一樣的氣體雲 這也是地球上的人第二次看到海珊2變亮的時候 而且與此同時A恆星又回來了 跟這個融合之後的恆星之間 形成了兩個高度偏心的橢圓形軌道 剩下的就跟我們之前說的一樣了 每五年半它們會最靠近一次 然後再彼此遠離 就這樣一直運行到現在 目前它已經非常接近 甚至已經超過愛丁頓光度極限了 什麼是愛丁頓光度極限呢 大家可以把它理解成一顆恆星的亮度極限 恆星內部有核聚變在產生能量 這個能量會以光輻射的形式向外釋放 但是恆星內部還有非常強大的引力 試圖把恆星的所有物質拉回來 當恆星的亮度達到愛丁頓光度極限的時候 光的推力跟引力剛好平衡 正常情況下 一顆恆星的亮度是不能長期超過這個極限的 不然它就會失去大量的物質 甚至完全解體 而海珊2目前的亮度已經非常接近 甚至超過這個極限了 它現在就好像是一輛失控的跑車 引擎太強 油門踩得太猛 甚至連自己的車殼都快被風吹掉了 而我們現在能做的也只能是看著它一路狂奔 直到它撞上終點 形成黑洞或者是超新星爆炸 自從1940年 也就是海珊2第三次變亮的時候 科學家覺得海珊2可能會在未來一萬年到兩萬年內 發生超新星爆炸 對於我們來說一萬年很長 但是在宇宙裏其實就是一瞬間 所以海珊2絕對算得上是銀河系裏的第十炸彈 那海珊2爆炸對地球有沒有影響呢 就像我視頻開頭說的 有沒有影響要看它到地球的距離 一般來說 超新星到地球的距離如果在30光年之內 才會威脅到地球上的生命 而海珊2距離地球7500光年 這麼遠的距離按理說不會有什麼影響 但是有一種極端的情況 超新星爆發的時候兩極會噴出伽馬射線暴 如果海珊2噴出的伽馬射線剛好對著地球 那人類可能就要遭殃了 畢竟4.51年前的澳桃紀滯留紀生物大祕訣 就有可能是一顆超新星釋放的伽馬射線暴導致的 這顆超新星距離地球不到6000光年 過程只持續了10秒 就消滅了將近85%的海洋物種 這就是伽馬射線暴的威力 但是大家不用太擔心 這只是一個非常小概率的事件 海珊2距離地球7500光年 就算它現在開始爆炸 伽馬射線也要7500年後才能到達地球 那個時候我們都沒了 其實75年後的事我們都不用擔心 更何況7500年後的事呢 字幕by索蘭婭