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獵戶座亮星參宿四
獵戶座紅色超巨星星參宿四(圖片:RogelioBernalAndreo/wikimedia)

紅色超巨星正在快速變暗是正在迅速走向毀滅?有幸能目睹一次銀河系內的超新星爆發會是更完整的人生

【希望之聲2020年7月3日】(編輯:郭曉)據外媒體報道,天文學家稱今年早些時候,紅色超巨星參宿四開始變暗,它的亮度一度降至其通常亮度的40%左右。有關獵戶座亮星參宿四正在快速變暗的消息受到廣泛關注,這個現象引發了一些猜測。有人認爲參宿四很有可能正在迅速走向毀滅,即這顆紅超巨星恐怕就要發生威力巨大的超新星爆發了。

但天文學界對此現象則保留了非常理性的看法,認爲它不可能在短期內爆發。超新星是一顆巨大恆星,進入生命盡頭時將大多數質量排入太空的爆炸產物,恆星逐漸變暗是可能成爲超新星的跡象。今年4月之後,參宿四開始再次變亮,排除了成爲超新星的可能,因此天文學家開始尋找新的理論來解釋這種不同尋常的恆星變暗現象。

一種主流理論認爲,一團巨大的塵埃和氣體雲在地球和參宿四之間移動,遮蔽了大質量恆星的部分視野。馬克斯普朗克研究所的工作人員指出,事實並非如此,這種“恆星變暗”是由於巨大的“冷星斑”造成的,“冷星斑”覆蓋了恆星表面70%的面積,從而降低了恆星的溫度。

研究人員表示,恆星斑在巨大恆星上並不罕見,但是參宿四上的星斑異常大。像參宿四這樣的紅巨星經歷了頻繁的亮度變化,這就是爲什麼我們花了幾個月的觀察來確定該事件是不同尋常的。在2019年10月至2020年4月之間,參宿四的光度驟降到正常值的40%,這使得天文學家感到驚訝。

科學家提出許多方案解釋這顆恆星亮度的變化,該恆星在500光年範圍內肉眼可見。研究人員稱,光球層(恆星發光表面)的溫度變化導致參宿四的可見亮度下降,該溫度變化可能源自巨大的冷恆星黑子,類似於太陽黑子,它覆蓋了恆星表面50-70%的面積。在它們的生命末端,恆星會演變成爲紅巨星,當它們的燃料耗盡時,恆星釋放能量的過程就會發生變化,由於這些變化的恆星膨脹,在幾年的時間裏,恆星亮度不穩定並出現亮度波動。參宿四是一顆紅巨星,它的質量大約是太陽的20倍,體積大約是太陽的1000倍。

如果參宿四位於太陽系中心,其邊緣將抵達木星軌道,由於它的體積非常龐大,恆星表面引力小於質量相同、半徑較小的恆星,因此像這樣的恆星很容易外層產生亮度脈衝。當釋放的氣體冷卻下來,就會形成天文學家稱爲星際塵埃的化合物,星際塵埃是宇宙較重元素,是恆星和行星形成的主要來源。之前天文學家認爲,吸光塵埃是恆星亮度急劇下降的最可能原因。

爲了驗證這一假設,研究人員評估了阿塔卡馬探路者實驗和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡的最新觀測數據,這些望遠鏡測量光譜範圍爲亞毫米波輻射,其波長是可見光的1000倍。天文學家使用恆星亮度變化研究星際塵埃已有一段時間了,因爲冷塵埃會發出一定波長的光。東亞天文臺的史蒂夫·馬爾斯稱,讓我們吃驚的是參宿四在亞毫米波長範圍內變黑了20%。

經驗表明恆星亮度變暗與星際塵埃的存在是不匹配的,爲了進行更精確的評估,研究小組計算了塵埃在該光譜範圍內對測量數據的影響,事實證明亞毫米範圍內的亮度下降確定不能歸咎於星際塵埃的增多。

天文學家依據2019年10月至2020年4月之間觀測的恆星亮度變化數據,認爲恆星亮度變化一定是恆星自身造成的。研究人員稱,物理定律告訴我們,恆星的亮度取決於恆星直徑,尤其是表面溫度,只要恆星體積減少,光度在所有波長內都會同樣減小。然而,恆星溫度變化對電磁波譜輻射的影響是不同的。科學家表示,在可見光和亞毫米波下測量恆星亮度變暗,是參宿四平均表面溫度下降的證據。

歐洲南方天文臺彼特·希克盧納解釋稱,不對稱的溫度分佈更有可能出現,2019年12月參宿四的高分辨率圖像顯示出不同亮度區域。

綜合研究結果,可清晰地表明巨大恆星斑覆蓋了恆星表面50-70%,其溫度比明亮的光球層更低。恆星斑在巨星中很常見,但存在大小差異,然而理論模型的計算似乎與參宿四亮度下降的持續時間相一致。

衆所周知,太陽黑子數量變化是以11年爲一個週期,巨星是否存在類似的機制尚不清楚,參宿四的最新觀測可能是之前亮度的最小值。研究人員表示,未來幾年的觀測將告訴我們參宿四的亮度急劇下降是否與黑子週期有關,無論如何,未來參宿四仍將是天文觀測一個令人興奮的目標。

責任編輯:田喆

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