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突如其来的死神:中子星碰撞将对地球带来巨大灾难

2017-11-06 07:12 来源:ag游戏平台官网编辑整理

突如其来的死神:中子星碰撞将对地球带来巨大灾难

图为两颗中子星相撞时产生的密度极高的炽热“千新星”。科学家认为宇宙中大部分金、铂等重于铁的元素均产生自这一事件。但该事件也会对邻近的宜居行星造成毁灭性打击。

sina科技讯北京时间11月4日消息,据国外媒体报道,很久很久以前,在遥远的NGC4993星系,两颗中子星剧烈相撞,并上演了一出壮观绝伦的“灯光秀”。

在此之前的数十亿年间,这两颗中子星一直围绕着对方缓缓旋转。但在即将相撞前,它们的旋转速度忽然加快,绕对方旋转了不计其数圈,最终以极高的速度撞在了一起,极可能产生了一个黑洞。这次中子星合并极为猛烈,整个宇宙都为之颤动。该过程释放的能量相当于2亿颗太阳,同时生成了引力波,如池塘中的涟漪般迅速扩散,最终触及到了地球,以及地球上最高端的引力波探测器——美国的LIGO天文台与欧洲的Virgo天文台。

不过,引力波并不是此次合并的唯一产物。中子星相撞还释放出了电磁辐射,也就是俗称的光。这标志着天文学家首次探测到来自同一源头的引力波和光线。中子星合并发出的首道光线是一段短暂而明亮的伽马射线暴,由NASA费米伽马射线空间千里镜捕获。这或许是新黑洞诞生后的第一声啼哭。几小时之后,天文学家又利用地面千里镜探测到了更多由中子星合并产生的光线。随着合并产生的碎片扩张并冷却,生成了所谓的“千新星”(kilonova)。在长达几周的时间里,全球天文界一直关注着这枚千新星的变化,直到它逐渐变暗、淡出视野。

天文学家在不同波长的光线下研究此次合并的结果时,发现了无数重元素在合并中即刻形成的痕迹。天文学家早就预测过中子星合并或与金和钛等重元素的形成有关,这些金属元素中含有大量中子,并不是在恒星中形成。而他们在此次合并生成的千新星的光线变化中观察到的统统几乎都与这些预测吻合,尽管没人看见合并时是不是真的蹦出了一粒粒金子。

即使从1.3亿光年之外来看,此次合并依然显得壮丽非凡。中子星数量稀少,碰巧能合并的更是难得一遇,因此我们几乎不可能再观测到一次距我们如此之近的中子星合并。不过,假如在银河系或者邻近的附属星系中发生了中子星合并呢?我们会看见什么呢?它又将对我们的家园产生怎样的影响?地球上的环境、文明、甚至人类,是不是还能平安无事地繁衍生息?

立即行动

虽然按LIGO天文台的设计,能“听到”中子星和黑洞等大型天体的存在是正常的,但天文学家能探测到这样一次独特的事件仍称得上幸运。LIGO团队成员、路易斯安那州立大学天体物理学家加布里埃拉?贡萨雷斯(Gabriela González)指出,如果此次中子星合并的位置再远上三四倍,我们就根本不可能“听到”它发出的旌旗灯号。讽刺的是,由于LIGO探测器的设置装备摆设专为探测遥远的黑洞合并而设,它很容易错过太阳系邻近恒星周围发生的重大天文事件。由附近天文事件产生的密集引力波“极可能超出仪器的探测能力。”贡萨雷斯说道。

假如地球附近有两个黑洞合并,虽然能量足以撼动宇宙,但仍难以被我们注意到。因为这种“撼动”仅作用于微观层面。(不过如果合并的黑洞附近有气体、尘埃或其它物质,天文学家或许能观察到它们落入黑洞时发出的光学。)“对我而言最有意思的一点是,就算合并的黑洞离得极近、甚至就位于太阳系之外,我们的肉眼也注意不到时空的变化。”贡萨雷斯的地方,“我们还是要借助仪器来进行观测或分析。”

相比之下,银河系中两颗中子星合并产生的千新星可能相当显眼。贡萨雷斯透露表现,它也许会呈现为天空中一颗突然出现的亮星,且很容易被LIGO探测到。随着两颗中子星不断接近彼此、围绕对方快速旋转,LIGO“听到”的引力波将持续数分钟、甚至数小时之久,而不是短短几秒钟。

不过,就算LIGO已被调试到位,我们也很容易错过附近中子星合并释放的大部分光线和后续生成的千新星。美国西北京大学学天文学家卡丽?弗兰克(Kari Frank)指出,就算是如此壮观而明亮的天文事件,也很容易被尘埃或其它恒星所阻挡,至少在可见光和红外线波段难逃此劫。换言之,LIGO和其它在射电波或X射线波段进行观测的千里镜也许能瞥见附近的千新星,光学千里镜则不行。“据我们所知,过去100年间银河系曾出现过超新星,但我们根本没看见它们的爆发,只见到了余烬。”弗兰克说道。更何况千新星的亮度根本无法与普通超新星相比。

尽管如此,天文学家在面对银河系内部或周围发生的类似事件时,仍要做出迅速回响反映。究竟结果,超新星1987A就是个很好的例子。

大爆炸

望文生义,超新星1987A出目下当今1987年,地点为围绕银河系旋转的矮星系“大麦哲伦云”。一颗质量约为太阳八倍的恒星发生了坍缩,将外层气体抛入了星际空间,形成了一团由重元素和碎片构成的星云,最后坍缩为一颗中子星或黑洞。这是现代天文学家在邻近宇宙中观测到的唯逐个颗超新星。

弗兰克研究过全球对超新星1987A所做的观测工作,主要关注天文学家在没有互联网的时代如何组织并执行观测活动。“某人看到了某样东西,便会把这一消息通知所有人。”她解释道,“首先发现这颗超新星的人必须给能联系上的每一个人打德律风,告诉他们天空中即将出现一颗距地球很近的超新星。”弗兰克指出,“他们要先以信件等形式通知他人,然后别人再跑到自己的千里镜前,将镜头对准目标区域。”

几个月中,全球的天文学家都在紧密亲密追踪这起事件,几乎动用了每一台能用的千里镜。“每一个人都想确保动用的千里镜越多越好。”最终,这起事件落下了帷幕。但30年后的今天,包括弗兰克在内的几位科学家仍在研究这颗超新星的残余物。“对一些人而言,此次事件改变了他们的人生,至少改变了他们的职业生活生计。”弗兰克说道,“这就是当年天文界的大事件。”

就像LIGO一样,当年对超新星1987A的观测活动也集结了数千人之力。但并不是所有人都分享了给发表在科学期刊上的研究结果署名的荣耀。因此无法统计究竟有多少人参与其中。不过,统计最近一次中子星合并的参与者就容易得多:共有3000名作者发表了67篇论文,约占整个天体物理界的15%。

如果再发生一次超新星1987A这样的事件,会有多少天体物理学家获得殊荣呢?这个问题也许取决于该事件发生的远近。如果超新星1987A距地球再近一些,如发生在一颗邻近恒星周围,有多少科学家能观测到此次事件便可有可无了,有多少人能幸存才是最大的问题。

突如其来的死神

2016年的一项研究指出,超新星到地球的距离只要小于50光年,便会对包括人类在内的地球生物圈造成巨大威胁。地球会被大量高能宇宙辐射击中,导致全球物种大灭绝。研究人员认为,地球历史上飙升的灭绝率和骤降的生物多样性或许与此类天体物理事件有关,甚至有直接证据表明,附近的一次超新星爆发正是某一起灭绝的罪魁祸首。2000万年前,一颗距地球325光年的恒星发生爆炸,向地球发射了大量放射性铁元素粒子,最终成了地球海床的沉积物。研究人员猜测,这起事件也许导致了冰河时代的到来,并改变了生物演化进程与人类历史。

这些天文事件对地球生物圈的影响不仅取决于其距离,还包括其标的目的。例如,超新星爆发有时会将能量朝五湖四海投射出去,因此没有具体的攻击目标。黑洞合并时几乎不会发出任何辐射,因此周围的生物圈都可以松一口气。然而,千新星有着不同的物理原理。中子星直径仅有几公里,远小于直径动辄几百万公里的普通恒星。当这些密度极大的天体合并时,便会从极地喷射出大量伽马射线暴。

“此类事件在人类眼中的规模、以及对人类的影响,在很大程度上取决于这些伽马射线暴是不是直接对准地球。”弗兰克指出。根据其到地球的距离与朝向,千新星刚好介于“壮观的灯光秀”与“卷走地球上层大气的灭顶之灾”之间。假如某道伽马射线暴恰好正对地球,便可能引发巨大变动。并且,我们也许根本看不见它们的到来。千新星入手下手时便会释放伽马射线,即以光速运行的极高能光子。这是宇宙中运行最快的物质。由于没有任何物质的速度能与它们匹敌,这些光子将毫无预警地击中地球。

“伽马射线最大的影响或许将是摧毁臭氧层。”美国空间千里镜科学研究所的天文学家安德鲁?弗鲁彻(Andrew Fruchter)指出。接下来,随着千新星爆发释放的可见光抵达地球,天空将亮得令人目眩。其它飞得较慢的物质将远跟光线而来,如重元素的放射性粒子,带给地球致命一击。

这是千新星在地球50光年之内会发生的情形。如果距离稍远,伽马射线仍会破坏正对千新星一面的臭氧层,但另外一半球的臭氧层在地球的保护下则可安然无虞。“大多数辐射的持续时间特别很是短暂,因此半个地球都可得到保护。”弗鲁彻说道。随后,人们仍将见到短暂的、极其明亮的光线。在几周时间里,一颗新出现的星星将在天空中闪闪发亮,然后逐渐暗淡下去,最后悄然无踪。

不可能性

可别为此吓得睡不着觉。千新星是特别很是罕见的宇宙现象,在银河系这样的星系中,大约每一万年才会出现一次。这是因为中子星很少成对出现。中子星是超新星爆发的产物,形成时通常会被“踢”出去,有时甚至会被踢出原本所在的星系。它们遨游飞翔的速度极快,在宇宙中难有能望其项背者。“当中子星刚形成时,速度往往极快。能形成双星系统的可谓少之又少。”弗鲁彻解释道。总之,两颗中子星要找到彼此、并逐渐合并,在天文学层面上的概率极低。

银河系中已知的中子星双星系统还要数百万年、甚至数十亿年才会合并。由于此类事件十分罕见,LIGO若能探测到附近的中子星合并,将令所有人大吃一惊。天文学家也许根本观测不到其产生的千新星。但假如在银河系的某个附属星系中发生了这样的事件,天文学家完全可以冲到千里镜前,观察其产生的明亮新“星”的骤然明灭。它酿成的危险可以忽略不计,回报则无比丰厚:我们这一代天文学家也能拥有自己的超新星1987A了。”这种事情真是千载一时。“弗兰克指出。因此我们需集结全球的天文力量,对此类事件进行紧密亲密追踪。”我们要牢记,在最初的爆发之后,也许还会发生其它事情,我们必须枕戈待旦。“

目前,天文学家的注意力仍聚集在NGC4993星系中的千新星上。不过,目前太阳正好处在地球和该星系之间,挡住了这颗千新星的微弱余烬。等12月视野变清楚后,许多千里镜将再度转向天空中这块小小的区域。在此期间,科学家将忙着撰写并发表论文,谱写自己的职业生活生计,追求卓越的声名。科学仍将大步向前,同时静待下一次瞥见千新星——中子星合并发出的低语。而借使倘使我们足够幸运,或许还能见证另外一次全新的奇迹。(叶子)

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