參宿四“大變暗”謎題揭曉

參宿四“大變暗”謎題揭曉

本文來自微信公眾號：原理（ID：principia1687），作者：不二北斗，題圖來自：Wikipedia

一

參宿四，位于地球數百光年之外，是夜空中最耀眼的恒星之一。它的質量是太陽的十幾倍，半徑是太陽的幾百倍，如果把它放在太陽系的中心，它將吞沒所有四顆帶內行星（如下圖）。

圖片來源：ESO/L. Cal?ada

2019年末，這顆位于獵戶座的紅色恒星開始出現了引人注目的變化——它的亮度突然下降！在接下來的幾個星期，參宿四變得越發暗淡。到了2020年2月中旬，這顆恒星的亮度已經下降到其典型亮度的35%左右，然后在接下來的幾個月里又迅速地恢復。

參宿四的“大變暗”吸引了許多人的關注，并引發了一系列的推測。在困惑之后，天文學家鎖定了兩種可能性來解釋大變暗：一種是參宿四的表面出現了異常的冷區，另一種可能是一團塵埃云遮蔽了參宿四。

現在，由天文學家Miguel Montargès領導的一個國際團隊在《自然》雜志上發表了他們的最新研究成果，他們認為這兩種解釋都是正確的，且是相互關聯的。

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重試

二

參宿四的初始質量大約是太陽的20倍。質量越大的恒星意味著其演化的速度也越快，相比于像太陽擁有幾十億的壽命，它們的壽命往往只有幾百萬年。當大質量恒星的核心開始從氫聚變轉變為氦聚變時，它們就進入了恒星演化的下一個階段，膨脹變成紅超巨星。參宿四就是一顆紅超巨星，它們最終會產生壯麗的超新星，其核心會變成一顆中子星或黑洞。

紅超巨星巨大而寒冷的外層會發生脈動，并擁有少量巨大的對流元（因對流而移動的大量物質）。此外，外層的質量損失也會導致在恒星的周圍環境中形成塵埃。為紅超巨星的外層建模是極具挑戰性的，因為質量損失和塵埃產生的機制非常復雜。但是，能夠更好地理解紅超巨星是非常有意義的，因為它們將幫助我們更好的理解恒星的誕生和死亡周期，以及宇宙化學的演化。

參宿四很大，離我們也很近，所以它是為數不多可以被分辨成圓盤而不是一個點的恒星之一。通過位于智利的甚大望遠鏡的SPHERE儀器，研究人員捕捉到了大變暗發生前（2019年1月）和發生時（2020年1月）的照片。在比較了這些圖像之后，研究人員發現參宿四并不是均勻地在變暗，而是主要集中在參宿四的南半球。

觀測表明，參宿四的光的損失主要集中在南半球。| 圖片來源：ESO/M. Montargès et al

三

先前的一些觀測表明大變暗很可能是由參宿四自身產的塵埃造成的，也有研究表明冷卻也在大變暗中扮演著重要角色。那么，參宿四的大變暗究竟是因其南半球表面的一個巨大對流元攪動產生的短暫冷區導致的，還是因為它被一團塵埃遮擋住了？Montargès的團隊在對兩種情況建模并將模型與它們圖像進行對比后，解決了這種不確定性。他們得出的結論是，塵埃是罪魁禍首，但塵埃的出現與冷區的短暫出現有關。

觀測顯示，在大變暗之前的某個時刻，參宿四經歷了一次質量損失——它噴射出了一團巨大的氣體。研究人員認為，在2019年末，正常的脈動行為和南半球的對流驅動的冷區的結合開始使局部環境變冷。溫度的下降使該地區在近期釋放的氣體迅速凝結成固體塵埃。這一過程產生了厚重的南方塵埃云，暫時擋住了參宿四的大部分光線，從而使我們看到了大變暗。

這對參宿四意味著什么？2019年末，參宿四的異常使它迅速成為了頭條新聞，部分原因是因為一些人認為大變暗或許預示著它即將在超新星爆炸中死亡。自17世紀以來，在銀河系就沒有觀測到過超新星，所以天文學家并不完全確定在超新星爆炸之前，恒星會有什么表現。然而，新的研究結果證實大變暗并非參宿四即將發生超新星爆炸的早期跡象。

如果我們能夠知道參宿四在多少年內會爆炸成為超新星，那將是非常奇妙的事情。但目前我們對參宿四或者紅超巨星的了解還不足以支持我們做出精確地預測。雖然新的研究結果并不是爆炸性的，但卻為我們理解所有恒星的演化奠定了基礎。

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本文來自微信公眾號：原理（ID：principia1687），作者：不二北斗