4.2 质量损失:“最后的挣扎”还是“必然的削弱”?
在第一篇中,我们提到R136a1的低金属丰度环境降低了星风损失率——但即便如此,它仍在以比太阳快100万倍的速度丢失质量。当前的观测数据显示,R136a1的质量损失率约为每年10??倍太阳质量(即每1亿年损失1倍太阳质量),星风速度高达3000公里/秒(相当于光速的1%)。这种星风并非“温和的吹拂”,而是连续的超音速喷流:恒星外层的物质被辐射压加速到极高速度,形成两条对称的“星风瓣”,从两极喷出,将大量气体与尘埃抛入星际空间。
那么,这种质量损失能否延缓它的死亡?答案是“能,但不够”。根据恒星演化模型,若R136a1的质量损失率保持在当前水平,它在硅燃烧阶段开始时(约10万年后)的质量将降至约280倍太阳质量——仍远高于爱丁顿极限。而当核心进入硅燃烧的最后一天,剩余质量约为250倍太阳质量:此时的核心已无法支撑自身引力,引力将彻底压倒辐射压,引发核心坍缩。
值得注意的是,质量损失的过程并非“均匀的流失”。R136a1的星风具有周期性波动:受核心核燃烧的不稳定性影响,星风强度会在数年内突然增强10-100倍,形成“爆发式质量损失”。这种波动可能会加速外层物质的丢失,但也可能在短时间内增加辐射压,暂时延缓坍缩——这种“动态平衡”,让R136a1的死亡时间表充满了不确定性。
4.3 辐射压与引力的“最后博弈”
在核心坍缩前的最后阶段,R136a1的辐射压达到了宇宙中的极致。它的光度高达870万倍太阳,意味着每秒钟向太空释放的能量相当于1.7×103?焦耳(约等于太阳2.8年的总能量输出)。这种能量以光子形式向外传递,与外层物质发生剧烈碰撞:
光子与电子相互作用,产生康普顿散射,将电子加速到相对论性速度;
高速电子与离子碰撞,产生轫致辐射,进一步加热外层物质;
最终,这些能量转化为辐射压,试图对抗引力将恒星“吹散”。
但如前所述,R136a1的低金属丰度削弱了辐射吸收——重元素少,意味着光子与物质的相互作用减弱,大部分能量能穿透外层物质,无法有效转化为压力。这种“低吸收效率”是它能维持稳定的关键,但随着核心坍缩的临近,引力已变得不可抗拒:当核心的铁球形成时,它的质量约为1.4倍太阳质量(即“钱德拉塞卡极限”),此时电子简并压力也无法支撑引力,核心将在万分之一秒内坍缩成中子星或黑洞——但在R136a1的案例中,这个过程不会发生,因为它将走上一条更极端的死亡之路。
五、终极爆发:对不稳定超新星的“宇宙洗礼”
5.1 对不稳定超新机:恒星的“自我湮灭”
当R136a1的核心坍缩时,等待它的不是中子星或黑洞,而是对不稳定超新星(Pair-instability Supernova, PISN)——这是大质量恒星最剧烈的死亡方式,也是宇宙中最明亮的爆炸事件之一。
对不稳定超新机的物理机制,源于光子与正负电子对的产生:当核心坍缩时,温度飙升至101?开尔文以上,光子的能量足以转化为电子(e?)与正电子(e?)的对(即γ → e? + e?)。这一过程会导致两个致命结果:
辐射压骤降:光子转化为粒子对后,辐射压突然减少约1/3,引力瞬间占据绝对优势,核心以更快的速度坍缩;
核聚变重启:核心坍缩产生的冲击波反弹,将温度推至更高(约1011开尔文),此时核心中的氧、硅等元素会同时发生剧烈的核聚变,生成大量的镍-56、铁-56等重元素;
完全爆炸:核聚变释放的能量(约10?2 erg,相当于100颗普通超新星)会将整个恒星的外层物质彻底炸飞,没有任何残骸(中子星或黑洞)留下——恒星“消失”了,它的所有质量都以辐射与抛射物的形式回归宇宙。
这种爆炸的亮度堪称“宇宙灯塔”:R136a1的PISN峰值亮度将达到约101?倍太阳亮度(即100亿倍银河系的总亮度),即使在16.3万光年外的地球,也能用肉眼看到它的闪光(持续数周)。更关键的是,它的光谱将呈现出独特的“无氢、无氦”特征——因为外层物质早已被星风吹走,爆炸的是纯粹的核心物质。
5.2 爆发的影响:重塑蜘蛛星云
R136a1的PISN将对周围的蜘蛛星云产生毁灭性但建设性的影响:
冲击波压缩星云:爆炸产生的高速冲击波(速度约1万公里/秒)会压缩蜘蛛星云的分子云,将其密度从10?粒子/立方厘米提升至10?粒子/立方厘米。这种压缩会触发新的恒星形成——未来数百万年内,蜘蛛星云将诞生一批新的O型星与沃尔夫-拉叶星,延续“恒星工厂”的使命。
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