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距地球最近的爆炸源,個頭像地球卻比整個太陽系還重

在距離太陽系較近的宇宙中,飛馬座IK B是已知最有可能演變為超新星的恆星,同時它也是距離地球最近的超新星爆炸源。


飛馬座IK(也稱作HR 8210)是位於飛馬座的一個聯星系統,距離太陽系約150光年,科學家估計,當主星演化成紅巨星時,其半徑足以令伴星從主星的氣態外層吸積物質。當伴星累積的質量接近錢德拉塞卡極限(太陽質量的1.38倍)時,便有機會演化成Ia超新星(由白矮星產生劇烈爆炸結果的激變變星。白矮星是完成正常的生命周期程序,已經停止核聚變的恆星,但是白矮星中最普通的碳和氧在溫度夠高時,仍有能力進行下一步的核聚變反應)。



距地球最近的爆炸源,個頭像地球卻比整個太陽系還重


該聯星系統的主星(飛馬座IK A)是一顆主序星,光譜分類屬A型,其光度波動不大,每天會重複22.9次。而伴星(飛馬座IK B)則為一顆已脫離主序星階段,並已停止以核聚變產生能量的大質量白矮星。兩顆恆星平均距離3,100萬公里,比水星和太陽之間的距離還要短。哈勃空間望遠鏡曾經拍攝並嘗試將系統的兩顆星分辨出來,但是兩者距離實在太相近而無法分辨。


幾乎所有中低質量恆星(質量小於太陽的9倍)在用盡其熱核燃料後,最終都會成為白矮星,太陽發生超新星爆發後也會成為白矮星。飛馬座IK B就是一顆白矮星,它質量比太陽還大,為太陽的1.15倍。這一類恆星已經到達了恆星演化的晚期,並不再進行核聚變製造能量。在正常情況下,白矮星會把殘留的熱量輻射出去,在數十億年的時間內逐漸降溫。


飛馬座IK B約為太陽半徑的0.60%,約為8400公里,只比地球大2100公里,但質量卻比整個太陽系都大,這等於說這顆恆星把相當於太陽質量1.15倍的物質壓縮到與地球相當的空間以內,所以其密度極高,其表面重力是地球的90萬倍以上。

由於緊鄰飛馬座IKA這顆即將成為紅超巨星的主序星,飛馬座IK B也面臨著巨大變化,未來的飛馬座IK A會用盡其核心的氫燃料,並開始離開主序星階段,成為一顆紅巨星。其半徑將會增大一百倍(甚至更多)。當膨脹到其伴星的洛希瓣處時,白矮星伴星的周圍會形成一個氣體吸積盤,被吸積在伴星的表面上。這種聯星之間的物質轉移也會導致兩者距離的縮短。



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吸積在白矮星表面上的氣體會被白矮星強大的引力壓縮、加熱,最終達致進行氫核聚變的所需條件,並導致熱失控,這時它就成了一顆典型的「氫彈」,爆炸中會射出其表面的一部分氣體,並造成複發性新星爆炸(激變變星)。這時這顆白矮星的光度會迅速增加數個視星等,且持續幾天甚至幾個月的時間。


爆炸之後,飛馬座IK B還會積累足夠的質量,然後進行又一次的爆炸,每次爆炸中的物質噴發只會射出一部分吸積而來的氣體,這讓白矮星的質量在每個周期後都能夠穩定地增長。所以,就算飛馬座IK B成為了複發性新星,其外層仍然能夠不斷積累物質而增長。一旦白矮星的質量達到了錢德拉塞卡極限(太陽質量的1.38倍),電子簡併壓力便無法再支撐其自身的重量,白矮星便會坍塌成更小而緻密的星體,如果其星核主要由氧、氖和鎂組成,那這顆白矮星就很可能會形成中子星,並於超新星爆發中射出其質量的一小部份。

而如果星核由碳和氧組成,則白矮星達致錢德拉塞卡極限前,其高密度、高質量的星核中心的碳就會開始進行核聚變,這會導致失控的核聚變反應,在短時間內消耗恆星的一大部份質量,這是宇宙間最強大的核聚變反應之一,這種反應將導致Ia超新星爆發,並使白矮星在爆炸中解體,與其四周的星際物質合為一體。


由於這顆白矮星距離地球較近,如此規模的超新星爆發足以對地球上的生命造成威脅,但科學家判定飛馬座IK A在不久的將來還不會發展成為紅巨星,而且它們相對太陽的空間速度為20.4 km/s,相當於每14,700年移動1光年。那麼在5百萬年後的未來,這個聯星系統將會與太陽相距超過500光年,但是任何位於一千秒差距(3300光年)以內的Ia超新星爆炸都可能影響地球。



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