中子星碰撞將對(duì)地球帶來巨大災(zāi)難

　　圖為兩顆中子星相撞時(shí)產(chǎn)生的密度極高的熾熱“千新星”。科學(xué)家認(rèn)為宇宙中大部分金、鉑等重于鐵的元素均產(chǎn)生自這一事件。但該事件也會(huì)對(duì)鄰近的宜居行星造成毀滅性打擊。

新浪科技訊 北京時(shí)間11月4日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，很久很久以前，在遙遠(yuǎn)的NGC4993星系，兩顆中子星劇烈相撞，并上演了一出壯觀絕倫的“燈光秀”。

在此之前的數(shù)十億年間，這兩顆中子星一直圍繞著對(duì)方緩緩旋轉(zhuǎn)。但在即將相撞前，它們的旋轉(zhuǎn)速度忽然加快，繞對(duì)方旋轉(zhuǎn)了成千上萬圈，最終以極高的速度撞在了一起，很可能產(chǎn)生了一個(gè)黑洞。這次中子星合并極為猛烈，整個(gè)宇宙都為之顫動(dòng)。該過程釋放的能量相當(dāng)于2億顆太陽，同時(shí)生成了引力波，如池塘中的漣漪般迅速擴(kuò)散，最終觸及到了地球，以及地球上最高端的引力波探測(cè)器——美國(guó)的LIGO天文臺(tái)與歐洲的Virgo天文臺(tái)。

不過，引力波并非此次合并的唯一產(chǎn)物。中子星相撞還釋放出了電磁輻射，也就是俗稱的光。這標(biāo)志著天文學(xué)家首次探測(cè)到來自同一源頭的引力波和光線。中子星合并發(fā)出的首道光線是一段短暫而明亮的伽馬射線暴，由NASA費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡捕獲。這或許是新黑洞誕生后的第一聲啼哭。幾小時(shí)之后，天文學(xué)家又利用地面望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了更多由中子星合并產(chǎn)生的光線。隨著合并產(chǎn)生的碎片擴(kuò)張并冷卻，生成了所謂的“千新星”(kilonova)。在長(zhǎng)達(dá)幾周的時(shí)間里，全世界天文界一直關(guān)注著這枚千新星的變化，直到它逐漸變暗、淡出視野。

天文學(xué)家在不同波長(zhǎng)的光線下研究此次合并的結(jié)果時(shí)，發(fā)現(xiàn)了無數(shù)重元素在合并中即刻形成的痕跡。天文學(xué)家早就預(yù)測(cè)過中子星合并或與金和鈦等重元素的形成有關(guān)，這些金屬元素中含有大量中子，并非在恒星中形成。而他們?cè)诖舜魏喜⑸傻那滦堑墓饩€變化中觀察到的一切幾乎都與這些預(yù)測(cè)吻合，盡管沒人看見合并時(shí)是否真的蹦出了一粒粒金子。

即使從1.3億光年之外來看，此次合并依然顯得壯麗非凡。中子星數(shù)量稀少，碰巧能合并的更是難得一遇，因此我們幾乎不可能再觀測(cè)到一次距我們?nèi)绱酥闹凶有呛喜ⅰ２贿^，假如在銀河系或者鄰近的附屬星系中發(fā)生了中子星合并呢?我們會(huì)看見什么呢?它又將對(duì)我們的家園產(chǎn)生怎樣的影響?地球上的環(huán)境、文明、甚至人類，是否還能安然無恙地繁衍生息?

立即行動(dòng)

雖然按LIGO天文臺(tái)的設(shè)計(jì)，能“聽到”中子星和黑洞等大型天體的存在是正常的，但天文學(xué)家能探測(cè)到這樣一次獨(dú)特的事件仍稱得上幸運(yùn)。LIGO團(tuán)隊(duì)成員、路易斯安那州立大學(xué)天體物理學(xué)家加布里埃拉?貢薩雷斯(Gabriela González)指出，如果此次中子星合并的位置再遠(yuǎn)上三四倍，我們就根本不可能“聽到”它發(fā)出的信號(hào)。諷刺的是，由于LIGO探測(cè)器的配置專為探測(cè)遙遠(yuǎn)的黑洞合并而設(shè)，它很容易錯(cuò)過太陽系鄰近恒星周圍發(fā)生的重大天文事件。由附近天文事件產(chǎn)生的密集引力波“很可能超出儀器的探測(cè)能力。”貢薩雷斯說道。

假如地球附近有兩個(gè)黑洞合并，雖然能量足以撼動(dòng)宇宙，但仍難以被我們注意到。因?yàn)檫@種“撼動(dòng)”僅作用于微觀層面。(不過如果合并的黑洞附近有氣體、塵埃或其它物質(zhì)，天文學(xué)家或許能觀察到它們落入黑洞時(shí)發(fā)出的光學(xué)。)“對(duì)我而言最有意思的一點(diǎn)是，就算合并的黑洞離得極近、甚至就位于太陽系之外，我們的肉眼也注意不到時(shí)空的變化。”貢薩雷斯之處，“我們還是要借助儀器來進(jìn)行觀測(cè)或分析。”

相比之下，銀河系中兩顆中子星合并產(chǎn)生的千新星可能相當(dāng)顯眼。貢薩雷斯表示，它也許會(huì)呈現(xiàn)為天空中一顆突然出現(xiàn)的亮星，且很容易被LIGO探測(cè)到。隨著兩顆中子星不斷接近彼此、圍繞對(duì)方快速旋轉(zhuǎn)，LIGO“聽到”的引力波將持續(xù)數(shù)分鐘、甚至數(shù)小時(shí)之久，而不是短短幾秒鐘。

不過，就算LIGO已被調(diào)試到位，我們也很容易錯(cuò)過附近中子星合并釋放的大部分光線和后續(xù)生成的千新星。美國(guó)西北大學(xué)天文學(xué)家卡麗?弗蘭克(Kari Frank)指出，就算是如此壯觀而明亮的天文事件，也很容易被塵埃或其它恒星所阻擋，至少在可見光和紅外線波段難逃此劫。換言之，LIGO和其它在射電波或X射線波段進(jìn)行觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡也許能瞥見附近的千新星，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡則不行。“據(jù)我們所知，過去100年間銀河系曾出現(xiàn)過超新星，但我們根本沒看見它們的爆發(fā)，只見到了余燼。”弗蘭克說道。更何況千新星的亮度根本無法與普通超新星相比。

盡管如此，天文學(xué)家在面對(duì)銀河系內(nèi)部或周圍發(fā)生的類似事件時(shí)，仍要做出迅速反應(yīng)。畢竟，超新星1987A就是個(gè)很好的例子。

大爆炸

顧名思義，超新星1987A出現(xiàn)在1987年，地點(diǎn)為圍繞銀河系旋轉(zhuǎn)的矮星系“大麥哲倫云”。一顆質(zhì)量約為太陽八倍的恒星發(fā)生了坍縮，將外層氣體拋入了星際空間，形成了一團(tuán)由重元素和碎片構(gòu)成的星云，最后坍縮為一顆中子星或黑洞。這是現(xiàn)代天文學(xué)家在鄰近宇宙中觀測(cè)到的唯一一顆超新星。

弗蘭克研究過全世界對(duì)超新星1987A所做的觀測(cè)工作，主要關(guān)注天文學(xué)家在沒有互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代如何組織并執(zhí)行觀測(cè)活動(dòng)。“某人看到了某樣?xùn)|西，便會(huì)把這一消息通知所有人。”她解釋道，“首先發(fā)現(xiàn)這顆超新星的人必須給能聯(lián)系上的每個(gè)人打電話，告訴他們天空中即將出現(xiàn)一顆距地球很近的超新星。”弗蘭克指出，“他們要先以信件等形式通知他人，然后別人再跑到自己的望遠(yuǎn)鏡前，將鏡頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域。”

幾個(gè)月中，全世界的天文學(xué)家都在密切追蹤這起事件，幾乎動(dòng)用了每一臺(tái)能用的望遠(yuǎn)鏡。“每個(gè)人都想確保動(dòng)用的望遠(yuǎn)鏡越多越好。”最終，這起事件落下了帷幕。但30年后的今天，包括弗蘭克在內(nèi)的幾位科學(xué)家仍在研究這顆超新星的殘余物。“對(duì)一些人而言，此次事件改變了他們的人生，至少改變了他們的職業(yè)生涯。”弗蘭克說道，“這就是當(dāng)年天文界的大事件。”

就像LIGO一樣，當(dāng)年對(duì)超新星1987A的觀測(cè)活動(dòng)也集結(jié)了數(shù)千人之力。但并非所有人都分享了給發(fā)表在科學(xué)期刊上的研究結(jié)果署名的榮耀。因此無法統(tǒng)計(jì)究竟有多少人參與其中。不過，統(tǒng)計(jì)最近一次中子星合并的參與者就容易得多：共有3000名作者發(fā)表了67篇論文，約占整個(gè)天體物理界的15%。

如果再發(fā)生一次超新星1987A這樣的事件，會(huì)有多少天體物理學(xué)家獲得殊榮呢?這個(gè)問題也許取決于該事件發(fā)生的遠(yuǎn)近。如果超新星1987A距地球再近一些，如發(fā)生在一顆鄰近恒星周圍，有多少科學(xué)家能觀測(cè)到此次事件便無關(guān)緊要了，有多少人能幸存才是最大的問題。

從天而降的死神

2016年的一項(xiàng)研究指出，超新星到地球的距離只要小于50光年，便會(huì)對(duì)包括人類在內(nèi)的地球生物圈造成巨大威脅。地球會(huì)被大量高能宇宙輻射擊中，導(dǎo)致全球物種大滅絕。研究人員認(rèn)為，地球歷史上飆升的滅絕率和驟降的生物多樣性或許與此類天體物理事件有關(guān)，甚至有直接證據(jù)表明，附近的一次超新星爆發(fā)正是某一起滅絕的罪魁禍?zhǔn)住?000萬年前，一顆距地球325光年的恒星發(fā)生爆炸，向地球發(fā)射了大量放射性鐵元素粒子，最終成為了地球海床的沉積物。研究人員猜測(cè)，這起事件也許導(dǎo)致了冰河時(shí)代的到來，并改變了生物演化進(jìn)程與人類歷史。

這些天文事件對(duì)地球生物圈的影響不僅取決于其距離，還包括其方向。例如，超新星爆發(fā)有時(shí)會(huì)將能量朝四面八方投射出去，因此沒有具體的攻擊目標(biāo)。黑洞合并時(shí)幾乎不會(huì)發(fā)出任何輻射，因此周圍的生物圈都可以松一口氣。然而，千新星有著不同的物理原理。中子星直徑僅有幾公里，遠(yuǎn)小于直徑動(dòng)輒幾百萬公里的普通恒星。當(dāng)這些密度極大的天體合并時(shí)，便會(huì)從極地噴射出大量伽馬射線暴。

“此類事件在人類眼中的規(guī)模、以及對(duì)人類的影響，在很大程度上取決于這些伽馬射線暴是否直接對(duì)準(zhǔn)地球。”弗蘭克指出。根據(jù)其到地球的距離與朝向，千新星剛好介于“壯觀的燈光秀”與“卷走地球上層大氣的滅頂之災(zāi)”之間。假如某道伽馬射線暴恰好正對(duì)地球，便可能引發(fā)巨大變動(dòng)。并且，我們也許根本看不見它們的到來。千新星開始時(shí)便會(huì)釋放伽馬射線，即以光速運(yùn)行的極高能光子。這是宇宙中運(yùn)行最快的物質(zhì)。由于沒有任何物質(zhì)的速度能與它們匹敵，這些光子將毫無預(yù)警地?fù)糁械厍颉?/p>

“伽馬射線最大的影響或許將是摧毀臭氧層。”美國(guó)空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的天文學(xué)家安德魯?弗魯徹(Andrew Fruchter)指出。接下來，隨著千新星爆發(fā)釋放的可見光抵達(dá)地球，天空將亮得令人目眩。其它飛得較慢的物質(zhì)將遠(yuǎn)跟光線而來，如重元素的放射性粒子，帶給地球致命一擊。

這是千新星在地球50光年之內(nèi)會(huì)發(fā)生的情形。如果距離稍遠(yuǎn)，伽馬射線仍會(huì)破壞正對(duì)千新星一面的臭氧層，但另一半球的臭氧層在地球的保護(hù)下則可安然無虞。“大多數(shù)輻射的持續(xù)時(shí)間非常短暫，因此半個(gè)地球都可得到保護(hù)。”弗魯徹說道。隨后，人們?nèi)詫⒁姷蕉虝旱摹O其明亮的光線。在幾周時(shí)間里，一顆新出現(xiàn)的星星將在天空中閃閃發(fā)亮，然后逐漸暗淡下去，最后悄然無蹤。

不可能性

可別為此嚇得睡不著覺。千新星是非常罕見的宇宙現(xiàn)象，在銀河系這樣的星系中，大約每一萬年才會(huì)出現(xiàn)一次。這是因?yàn)橹凶有呛苌俪蓪?duì)出現(xiàn)。中子星是超新星爆發(fā)的產(chǎn)物，形成時(shí)通常會(huì)被“踢”出去，有時(shí)甚至?xí)惶叱鲈舅诘男窍怠Ｋ鼈冿w行的速度極快，在宇宙中難有能望其項(xiàng)背者。“當(dāng)中子星剛形成時(shí)，速度往往極快。能形成雙星系統(tǒng)的可謂少之又少。”弗魯徹解釋道。總之，兩顆中子星要找到彼此、并逐漸合并，在天文學(xué)層面上的概率極低。

銀河系中已知的中子星雙星系統(tǒng)還要數(shù)百萬年、甚至數(shù)十億年才會(huì)合并。由于此類事件十分罕見，LIGO若能探測(cè)到附近的中子星合并，將令所有人大吃一驚。天文學(xué)家也許根本觀測(cè)不到其產(chǎn)生的千新星。但假如在銀河系的某個(gè)附屬星系中發(fā)生了這樣的事件，天文學(xué)家完全可以沖到望遠(yuǎn)鏡前，觀察其產(chǎn)生的明亮新“星”的驟然明滅。它造成的危險(xiǎn)可以忽略不計(jì)，回報(bào)則無比豐厚：我們這一代天文學(xué)家也能擁有自己的超新星1987A了。”這種事情真是千載難逢。“弗蘭克指出。因此我們需集結(jié)全世界的天文力量，對(duì)此類事件進(jìn)行密切追蹤。”我們要牢記，在最初的爆發(fā)之后，也許還會(huì)發(fā)生其它事情，我們必須嚴(yán)陣以待。“

目前，天文學(xué)家的注意力仍聚集在NGC4993星系中的千新星上。不過，目前太陽正好處在地球和該星系之間，擋住了這顆千新星的微弱余燼。等12月視野變清楚后，許多望遠(yuǎn)鏡將再度轉(zhuǎn)向天空中這塊小小的區(qū)域。在此期間，科學(xué)家將忙著撰寫并發(fā)表論文，譜寫自己的職業(yè)生涯，追求卓越的聲名。科學(xué)仍將大步向前，同時(shí)靜待下一次瞥見千新星——中子星合并發(fā)出的低語。而倘若我們足夠幸運(yùn)，或許還能見證另一次全新的奇跡。