最近和朋友们聊了太阳周围10光年内的恒星，引起了广泛的讨论。一位朋友评论说：距离太阳8.6光年的天狼星是一颗埋藏在太阳附近的定时炸弹，未来会爆炸，十分危险！这究竟是杞人忧天还是未来真的会发生的事件呢？这里面涉及到了许多很好玩的天文知识，我和大家一起掰扯掰扯。
“短命”的天狼星A
在太阳周围10光年以内的恒星中，天狼星A是质量最大的一颗。它的质量约为太阳的2.06倍，表面温度高达9940K，光度是太阳的25.4倍。质量越大的恒星，核聚变就越剧烈，寿命也就越短。太阳能活100亿年，天狼星A大约只有10亿年左右的寿命，而它现在的年龄已经大约2亿~3亿年了。
天狼星A寿命居然只有10亿年左右，你怎么知道的？其实恒星的寿命是可以计算出来的。就是这个公式：
恒星寿命τ=100亿年×恒星质量M/恒星光度L
这里的100亿年是太阳的寿命，恒星质量和恒星光度都是太阳的倍数。天狼星A的质量是太阳的2.06倍，光度是太阳的25.4倍，将其代入公式可得：
天狼星A的寿命=100亿年×2.06/25.4≈8亿年。
科学家综合考量各种因素，通常认为天狼星A的寿命在8~10亿年左右，大约为太阳的十分之一。
简单说一下这个公式的原理，这个公式依据恒星的质量和光度的关系来计算恒星的寿命。质量越大的恒星，核聚变反应越剧烈，恒星的光度（可以理解为功率）就越大。像天狼星A质量只比太阳增加了1倍多点，但光度却增加了25.4倍，这就意味着虽然恒星的燃料多了，但燃料消耗速度长得更快，结果寿命大大缩短了。关于恒星的寿命的计算，咱们以前详细科普过，感兴趣的朋友可以去我的主页搜索看看。
这么算来，天狼星A的寿命还剩大约5~8亿年。在它生命的最后阶段会发生什么？它会不会“爆炸”？大约5~8亿年后，天狼星A核心的氢会耗尽，核心失去能量后开始收缩，外围的氢壳层被点燃，恒星外层急剧膨胀。它会变成一颗红巨星，半径可能会膨胀到现在的数百倍。那时候的地球夜晚会出现一颗极其明亮的深红色星星，视星等亮度可达-5.5~-8等，亮度远远超过了明亮的金星。想想是不是很壮观？
好在天狼星A的初始质量远小于8倍太阳质量，它最终不会发生超新星爆炸，而是平静的演化成一颗白矮星。
“已死”的天狼星B
既然天狼星A不会“爆炸”，那我们还担心什么呢？其实给我们带来潜在威胁的不是天狼星A而是它的伴星天狼星B。
天狼星B是一颗白矮星。这说明它是一颗死去的恒星。天狼星B曾经也是一颗主序星，根据恒星演化模型，天狼星B最初的质量可能比天狼星A还大，估计是太阳质量的5倍左右。当然，质量越大，死得越快。天狼星B可能用了不到1亿年就烧光了核心的氢，最后变成了一颗白矮星。而它就是我们所说的“定时炸弹”。
天狼星B已死，对我们还有什么威胁？怎么成了“定时炸弹”了呢？原来天狼星B这颗白矮星可不一般。它是已知的最大质量的白矮星之一，质量约为太阳的1.02倍。白矮星是存在质量上限的，即钱德拉塞卡极限，约为1.44倍太阳质量。典型白矮星的质量约为0.6倍太阳质量，而天狼星B的质量却达到了白矮星质量上限的约70%。
那么问题来了，如果不断给白矮星增加质量，达到白矮星的质量上限会发生什么？一旦超过1.44倍太阳质量这个临界值，支撑白矮星的电子简并压就会崩溃，白矮星就会爆炸成为Ia型超新星。
Ia型超新星：宇宙中的定时炸弹
白矮星超过质量上限会爆炸成Ia型超新星，那什么是Ia型超新星？它是宇宙中最剧烈的爆炸之一。当一颗碳氧白矮星通过吸积伴星物质，使自身质量增长到约1.44倍太阳质量——也就是钱德拉塞卡极限时，电子简并压就无法继续支撑星体，核心处的碳和氧会在几秒钟内发生失控聚变，从而发生猛烈爆炸。这种爆炸的威力极其惊人。它的光度可以达到太阳的50亿倍，几秒到几周内释放的能量相当于太阳一生释放的能量总和。而它自己，一颗跟地球一般大小的白矮星会被炸得粉碎。理论上，如果爆炸发生在50光年范围内，地球上的生命就会受到极大威胁。而天狼星B离地球只有8.6光年。
Ia型超新星
聊到这里，朋友们可能已经捕捉到Ia型超新星爆发的关键条件了——白矮星通过吸积伴星物质增加质量。而天狼星B的身边恰好有天狼星A。它会不会从天狼星A那里吸积物质增加质量呢？况且，天狼星B只需吸积大约0.42倍太阳质量的物质就能被“引爆”了。这情况会不会发生呢？这就是我们最担心的地方。
引爆定时炸弹的关键条件
天狼星B能否从天狼星A那里获取足够的物质来引爆Ia型超新星爆炸，关键取决于一个条件：天狼星A成为红巨星后，膨胀的表面有没有超出它的“洛希瓣”。什么是洛希瓣？它是指一个天体周围引力仍然占主导的区域边界。一旦恒星的表面膨胀到超出自己的洛希瓣，外层物质都会越过边界，被伴星的引力捕获。但有一点，它离伴星越远，洛希瓣就越大，恒星物质就越不容易流出去。天狼星A与天狼星B之间的平均距离约为20个天文单位（备注：1天文单位≈1.5亿公里），相对较远。
那么，天狼星A的洛希瓣是多少呢？直接给出答案：约为3.6个天文单位。根据恒星演化模型，膨胀成红巨星的天狼星A最大半径不会超过2.4天文单位。显然，天狼星A的红巨星外层始终没有超出自己的洛希瓣，它的物质不会被天狼星B吸过去。
那你可能会问：天狼星A变成红巨星时，恒星风会让它损失大量物质，天狼星B总能“捡到”一些吧？这倒也是，天狼星B一直在吸积天狼星A吹出的恒星风，但吸积率极低。要是天狼星B靠喝“西北风”来增加质量，恐怕是把天狼星A熬成了白矮星也攒不够0.42倍太阳质量啊！这种情况也不会引爆天狼星B。
显然，天狼星B没法从天狼星A那里获取物质，那么它这颗“定时炸弹”永远不会爆炸。天狼星会爆炸威胁地球，这个担心完全是杞人忧天啊。
但这并不意味着，所有跟天狼星A和B这样的主序星与白矮星组合的双恒星系统都不会引发Ia型超新星爆炸。目前观测到的离我们最近的未来有可能发生Ia型超新星的系统是飞马座IK系统。那里的白矮星和伴星之间的距离近到物质可以高效转移。幸运的是，它离我们有150光年，远超50光年的参考危险范围。所以，太阳系周围是非常安全的。或许正是这份安全，我们才有机会出现在宇宙中。不得不说，我们真的是太幸运了。你觉得是不是这样呢？评论区一起聊一聊吧！
热门跟贴