地球震撼的宇宙爆炸迎來 20 週年

二十年前的今天,一顆磁星的史詩級爆發讓我們的星球像鈴鐺一樣在數萬光年之外鳴響

Illustration of a magnetar producing a superflare

磁星產生超級耀斑的示意圖。

NASA/戈達德太空飛行中心概念影像實驗室

二十年前的今天,一顆微小的中子星跨越銀河系,給了地球一擊,使我們的星球像鈴鐺一樣鳴響。儘管遠在銀河系的一半之外,但那顆死亡恆星表面的爆炸仍然能夠物理壓縮我們地球的磁場,使一些衛星過載,甚至部分電離地球的高層大氣。然而,這一切都來自一個直徑不超過二十幾公里的物體。

有時,可怕的東西來自小包裝。

罪魁禍首是人馬座的磁星 SGR 1806-20,它位於約 50,000 光年之外。磁星是一種特殊的中子星,它已經達到了極端宇宙所能產生的極限。中子星在超新星的烈焰中鍛造而成,當一顆大質量恆星的核心坍縮時形成,而恆星的其餘部分則以接近光速的重要比例向外爆炸。核心向自身坍縮,密度急劇增加,直到被壓縮到電子被擠壓到鄰近的質子中(並添加了一個反中微子,對於那些追蹤亞原子粒子的賬房先生來說),從而導致中子的形成。


關於支援科學新聞業

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


由此產生的中子密集物體幾乎超出了人類的理解範圍。它的質量超過太陽,但通常直徑只有約 20 公里,這使其密度高得令人發笑:一立方厘米的中子星,大約是標準六面骰子四分之一大小的部分,重量將達到1 億公噸。想象一下,將美國的所有汽車都收集起來,將它們砸成一團,然後將那團東西壓成一塊方糖大小,您就會開始明白了。

典型中子星的表面重力可能是地球的數百億甚至數千億倍。如果一個人站在中子星表面,他的體重將達到數十億甚至數萬億噸。但他們將無法站立;巨大的引力會將他們壓平成一層不到一微米高的原子蒸汽。

普通的中子星誕生時就帶有強大的磁場,比地球強數十億倍。然而,有些中子星會變得更加強大,其磁場可以達到地球的千萬億倍。這些就是磁星,它們是銀河系中最危險的天體之一。

僅僅是靜靜地存在於太空中,做著自己的事情,磁星已經是一種超致命的天體野獸,您不會想與之糾纏。然而,有時這些天體會爆發耀斑,這個詞如此輕描淡寫,以至於令人發笑。

中子星極其強大的磁場嵌入在天體的外殼中,像頭髮從頭皮中長出來一樣與之耦合。在一些磁星中,外殼會變得不穩定,最終滑動。這種“星震”與地震非常相似,但請記住,外殼密度大得難以想象,並且受到極其強大的引力作用。如果外殼破裂並滑動一毫米,釋放出的能量是宇宙級的巨大,產生的溫度足以汽化表面數千億公噸的物質。這劇烈地搖晃磁場,以至於磁場重塑自身,磁力線斷裂並重組。當它們這樣做時,也會釋放出儲存的能量。結果是一場史詩級的災難。

與中子星相比,磁星相對不常見,因此在太空中分佈稀疏。這通常意味著它們的耀斑效應會被遙遠的距離削弱,因此這種爆發通常只能被專門的天文儀器探測到。然而,在極少數情況下,磁星會爆發出超級耀斑。

SGR 1806-20 在大約 50,000 年前就遭受了這樣一次事件。一切都在眨眼之間結束:在短短十分之一秒內,外殼滑動、爆炸並衝擊了恆星的磁場。火球在同一時間內產生的能量約為太陽總能量輸出的 10 萬億倍。大部分能量以超高能伽馬射線的形式存在,但也包括 X 射線和其他形式的光。

要將其放在地球尺度上——這是一項幾乎不可能完成的任務——星震大約相當於 32 級地震,比我們星球上有記錄以來最強大的地震強約 32 千萬億

這種能量在太空中傳播了數千年,最終於 2004 年 12 月 27 日席捲地球。這種影響立即被感受到。

NASA 剛剛在一個月前發射了斯威夫特衛星。斯威夫特旨在探測來自數十億光年之外的高能宇宙爆炸,但它對 SGR 1806-20 的爆發毫無準備。衛星的伽馬射線探測器被能量飽和,即使斯威夫特甚至沒有指向爆炸的方向;能量穿透了航天器的壁,仍然衝擊了探測器。

最初的能量峰值持續了不到一秒,但斯威夫特的精巧儀器探測到持續了五分鐘以上的長尾能量。超級耀斑的亮度以 7.56 秒的非常確定的週期上升和下降,這是磁星的自轉速率。當 SGR 1806-20 旋轉時,它將星震位置的狂暴傷疤掃入和掃出我們的視野,從而產生了亮度上的振盪,就像閃爍的聖誕彩燈一樣。

能量足以對我們的星球產生物理影響:它增加了電離層——地球大氣層的一個層,向上延伸至地表以上約 600 公里——的電離,並且也明顯影響了磁層。總體影響很小,但請記住,磁星距離地球 50,000 光年,實際上是從我們這裡穿過銀河系的一半距離。如果它離得更近,影響會更大,類似於強大的太陽耀斑,它可以燒燬許多衛星的電子裝置,並在地表造成混亂

好訊息是 50,000 光年是很遠的距離。有一些磁星離我們更近,但還沒有觀察到任何磁星噴射出如此強大的超級耀斑。就威力而言,SGR 1806-20 仍然是同類中的佼佼者。

因此,可能沒有必要驚慌,甚至不必擔心磁星會毀了我們的一天。我記得在超級耀斑發生時,一些偽科學的瘋子推測它導致了蘇門答臘-安達曼大地震和隨後的海嘯——一場完全是陸地災難,造成了近 25 萬人死亡。然而,那次地震發生在磁星爆發襲擊我們之前一天多,當時爆炸的波以光速傳播,距離地球約 500 億公里,仍然遠在海王星軌道之外。這兩起事件沒有關聯。

但是 SGR 1806-20 的爆發確實表明了宇宙是如何隨意地運用如此難以想象的力量的。恆星爆炸,磁星爆發,以及其他宇宙事件發出災難的呼喊。好訊息是,距離大大削弱了這些巨大的災難,以至於我們直到最近才意識到它們的存在。地球已經存在了 46 億年,而我們仍然在這裡。

因此,如果您是那種在新的一年開始時盤點祝福的人,請舉杯向天空致敬,併為太空如此浩瀚而感到高興——並感謝科學讓我們觀察並試圖理解它。

© .