作者:Tsvi Piran 来源:《物理评论快报》 发布时间:2014/11/27 14:06:00
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仅10%星系可能存在复杂生命
伽马射线暴50亿年里让宇宙“寸草不生”

 

伽马射线暴释放的辐射使90%的星系毫无生机。图片来源:NASA/Swift

宇宙可能比之前所认为的更寂寞。两位天体物理学家提出,对可观测到的宇宙中的1000亿个星系进行的评估表明,大约只有10%的星系能够支持像地球上的人类一样的复杂生命形式的存在。而在其他地方,恒星释放的伽马射线暴会定期消灭比细菌复杂的任何生命形式。研究人员表示,这种爆发也使得在宇宙大爆炸后的数十亿年里生命无处可寻。

并未参与该项研究的美国托皮卡市沃西本大学物理学家Brian Thomas表示:“有点奇怪,我们只能够生活在10%的星系中并且还是在宇宙大爆炸50亿年之后。”但“我的总体印象是,在这项分析中的关键参数的不确定性中,他们可能是正确的”。

科学家一直在思考一场伽马射线暴是否会对地球造成伤害。这种天文现象最初于1967年被设计用来侦查核武器试验的人造卫星所发现,而如今以一天一次的频率出现。它们以两种形式到达地球。短伽马射线暴持续时间不超过一两秒钟,多发生于当两颗中子星或两个黑洞相互环绕运转时。长伽马射线暴持续达几十秒钟,一般在大质量恒星熄灭、塌缩和爆发时产生。后者比前者更为罕见,但释放的能量却是前者的100倍。长伽马射线暴能够使宇宙中其他的伽马射线(一种高能光子)相形见绌。

通常几秒钟长的辐射本身并不会毁灭一颗附近行星上的生命。当然,如果爆发的距离足够近,伽马射线能够引发一系列化学反应,进而破坏行星大气中的臭氧层。当这些保护气体消失后,来自一颗行星母星的致命紫外辐射将在几个月甚至几年中大量存在——这么长的时间足以导致生物大灭绝。

这种情况发生的可能性有多大呢?耶路撒冷希伯来大学理论天体物理学家Tsvi Piran与西班牙巴塞罗那大学理论天体物理学家Raul Jimenez在发表于《物理评论快报》的一篇论文中探索了这一世界末日的场景。

天体物理学家曾认为伽马射线暴在那些恒星正在从气体云中迅速形成的星系中最为普遍。然而最近的数据表明,实际情况可能更为复杂:长伽马射线暴主要发生在比氢和氦更重的元素含量相对较低的区域中——用天文学家的术语就是低“金属丰度”区域。

利用银河系平均金属丰度以及恒星的粗略分布情况,Piran和Jimenez估算了长、短伽马射线暴在星系中的比例。研究人员发现,能量更高的长伽马射线暴是真正的杀手,并且在过去的10亿年中,地球暴露在一次致命爆发中的几率是50%。Piran指出,一些天体物理学家曾提出,一次伽马射线暴导致了奥陶纪大绝灭——这是发生在4.5亿年前、横扫80%物种的一场生态灾难。

研究人员随后评估了伽马射线暴会对位于星系不同位置的行星产生何种影响。他们发现,在过去的10亿年中,在中央具有大量恒星的星系中,距离星系中心6500光年范围内的行星有超过95%的几率经历一次致命的伽马射线暴。一般来说,研究人员推断,生命可能仅仅存在于大型星系的边缘区域。(太阳系距离银河系中心约27000光年。)

研究人员报告说,其他星系的情况可能更加黯淡。与银河系相比,大多数星系要更小且金属丰度更低。他们推测,在此前提下,90%的星系由于存在太多的长伽马射线暴而无法支持生命的存在。此外,在宇宙大爆炸后50亿年内,所有的星系都是这个样子,因此长伽马射线暴使得任何地方出现生命都成为了不可能的事情。

伽马射线暴是来自天空中某一方向的伽马射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,持续时间在0.1~1000秒,辐射主要集中在0.1~100 MeV的能段。伽马射线暴是宇宙中发生的最剧烈的爆炸,理论上是巨大恒星在燃料耗尽时塌缩爆炸或者两颗邻近的致密星体(黑洞或中子星)合并而产生的。伽马射线暴会在短时间内释放出巨大能量。如果与太阳相比,它在几分钟内释放的能量相当于万亿年太阳光的总和,其发射的单个光子能量通常是典型太阳光的几十万倍。(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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