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神秘的不死行星:賴以生存的恒星已經炸了,卻還在繞著軌域公轉!

2024-08-21科學

恒星從誕生到燃燒,再到最終的謝幕,劇情總是以行星的 「團滅」 作為結局。

然而,天文學家觀測發現,有些行星在恒星淪陷後竟然還能頑強地存活下來,甚至繼續穩穩地執行在它們的軌域上,就像圍繞著「幽靈恒星」旋轉一樣。

這到底是宇宙在耍什麽把戲呢?如果有一天太陽也步入恒星的「謝幕」時刻,我們地球是否也能逃過一劫?

恒星的終結

對於絕大多數恒星來說,恒星的最終命運取決於它的初始品質。

恒星的品質越大,其生命周期越短。 以太陽為例,它的品質約為1倍太陽品質,其壽命大約為 100億年

一個品質是太陽10倍的恒星,其壽命將只有太陽的十分之一,即大約1億年。而品質是太陽90倍的恒星,其壽命可能僅為一百萬年。

當恒星的核心耗盡其核燃料後,核心便開始塌縮,繼而會導致劇烈的爆炸,即超新星爆發。

根據天文學家對超新星遺跡的觀測,超新星爆發所產生的沖擊波會以每秒數千公裏的速度傳播開來,這種劇烈的擾動可以將周圍的物質拋射到數光年遠的地方。

對於距離恒星較近的行星,超新星爆發可能會導致其大氣層被剝離,甚至使行星本身蒸發。例如,位於3000光年之外的超新星SN 2006gy,其爆發時釋放的能量足以摧毀數百光年內的任何行星。

行星的幸存之道

盡管如此,科學家們還是在一些超新星殘骸中發現了依然存在的行星系統。

例如,在PSR B1257+12系統中,天文學家發現了三顆行星,它們的品質分別為4.3個地球品質和2.8個地球品質,還有一個品質僅為地球的1.5%。

它們圍繞著一顆脈沖星 (超新星爆炸後留下的中子星)執行。 這一發現說明,盡管超新星爆發對行星系統有極大的破壞性,但在某些特殊情況下,行星仍能在恒星的淪陷後存續。

面對這種反常現象,天文學家們提出了幾種可能的解釋。

一種是一些行星在恒星的淪陷過程中可能會因軌域的調整而幸存下來 。

例如,當恒星演化成白矮星或中子星時,盡管品質發生了巨大的變化,但行星的軌域可能會調整到一個新的穩定狀態。

這種軌域調整的現象已經在多個恒星系統中被觀測到,最著名的例子之一就是上面提到的PSR B1257+12系統,即使經歷了極端的恒星演化過程,行星仍然可以調整到一個新的穩定軌域,避免淪陷性影響。

還有一種是 這些行星在經歷了恒星的劇變之後,往往會進入新的軌域,從而避開直接的危險 。

例如,Kepler-56系統中的行星被觀測到在其恒星進入紅巨星階段時,軌域發生了顯著的變化,遠離恒星,使其免受恒星演化過程中劇烈變化的影響。這種現象進一步支持了行星在恒星演化過程中能夠透過軌域調整避免淪陷的理論。

科學家們還提出了一種被稱為 「潮汐剝離」 的理論。「潮汐剝離」是指在天體物理學中,由於重力作用導致的物質從一個天體被逐漸拉扯並最終脫離的現象。

根據這一理論延展, 行星可能會在恒星塌縮的過程中因潮汐力的作用被迫進入更遠的軌域,從而逃脫恒星淪陷帶來的淪陷性影響。

在這些模擬中,行星的軌域變化振幅可以達到數十個AU,足以讓行星脫離危險區域。

這些理論也並不能完全解釋所有觀測到的現象。例如,在距離地球約2,300光年的地方,天文學家發現了一顆名為PSR B1620-26的中子星。

它的周圍竟然環繞著一顆年齡大約為130億年的行星,幾乎與宇宙的年齡相當,這顆行星在中子星經歷了劇烈的超新星爆發後依然存在,並執行在穩定的軌域上。

天文學家們猜測,宇宙中同樣存在大量的「流浪行星」,這些行星由於某些原因被從原本的星系或恒星系統中驅逐,成為了孤獨的「格拉斯哥流浪者」。這些行星可能在恒星系統形成後的某個階段被捕獲,成為恒星的「新成員」,只是這種捕獲過程並不罕見就是了。

地球能否幸存?

一個更具挑戰性的問題是: 如果我們的太陽在未來某一天淪陷,地球及其他太陽系行星的命運會如何?

根據當前的天文學理論, 太陽目前正處於其生命周期的中年階段,大約在46億歲左右, 可能在50億年後,太陽將耗盡其核心的氫燃料,開始演化為一顆紅巨星。

在這個階段,太陽的半徑將膨脹至目前的100倍,達到大約1.2AU,這一過程將在大約100萬年內完成,這已足以吞噬水星和金星。 一些模型預測,地球可能會在太陽的紅巨星階段存活下來。

但太陽在紅巨星階段將釋放出大量的放射線,導致地球的表面溫度急劇上升,海洋將被蒸發,大氣層中的水蒸氣會加速逃逸到太空,地球將變得極度幹燥和不適宜居住。

太陽最終會在紅巨星階段結束後經歷一次行星狀星雲階段,最後演化為一顆白矮星,直徑將縮小至約地球大小,品質約為當前太陽品質的54%。

根據科學家的計算,地球表面的溫度可能降至接近絕對零度(約-273.15攝氏度),所有的水資源將凍結,地球的大氣層也會因化學反應而劇變,變得極度稀薄甚至消失。

對比如PSR B1257+12系統中幸存的行星,盡管條件極端,但這些行星也具備一定的穩定性。但地球即使是在太陽變成白矮星後幸存下來後,也將失去適宜生命的環境。

科學家們提出了一些可能延續地球生命的設想,就像劉慈欣的科幻小說【流浪地球】所描繪的情景類似。

只不過是一個是利用重力牽引器技術,透過在地球附近放置一個巨大的重物(如小行星),逐步改變地球的軌域。

一個是依賴於能夠產生足夠的推力,使地球擺脫太陽重力,尋找新的恒星系統定居的「行星發動機」技術。

殊途同歸的是,當人類第一次擡頭仰望星空,無論是古代的先民,還是現代的公民,心中都充滿了同樣的好奇——尋求一種超越現即時空的答案,也是那份對宇宙奧秘的追求與對未來命運的探索!

資訊來源:

揚子晚報:太陽正在衰老嗎?地球終將去流浪嗎?
浩瀚科普:最古老的系外行星,年齡超過127億歲
中國科學技術大學天文學系:黑洞潮汐撕裂事件及其回響
天文線上:漲知識!太陽的演化過程:從紅巨星到白矮星
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