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参宿四不会超新星爆发了!它变暗的原因,是长了巨型“雀斑”

参宿四不会超新星爆发了!它变暗的原因,是长了巨型“雀斑”
2020年07月10日 21:07 新浪网 作者 我是姿势分子

  除了太阳之外,没有哪颗恒星像参宿四一样如此吸引人类的关注了。在640光年以外,它到底经历着什么,让科学家好奇不已。

  参宿四不会超新星爆发了!它变暗的原因,是长了巨型“雀斑”

  从去年开始,这颗夜空中最亮天体之一的参宿四就开始逐渐变暗,从0.5等星降为1.7等,亮度差了3倍。我们知道,直径达到太阳约900倍的参宿四是一颗红超巨星,它已经进入到了演化的末期,很有可能会发生超新星爆发,结束自己的生命。因此,它的亮度变化让人不禁怀疑:它真的要结束了吗?

  大部分人都期待看到它的死亡,因为谁也没亲眼见过超新星爆发是什么模样的。尤其对于天文学家来说,如果能够亲眼目睹一次,那么将非常有利于我们了解恒星的演化过程。

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  (图片说明:红外望远镜WISE拍摄的参宿四,并渲染为蓝色)

  不过,令人遗憾的是,当我们对超新星爆发充满期待的时候,参宿四居然从今年2月25日开始重新被“点亮”。科学家们对此表示“遗憾”的同时,也思考着该如何解释这个现象。3月份的时候,有两位科学家发表了他们的研究成果,指出:参宿四之所以在几个月的时间内出现了亮度的下降,或许只是来自于尘埃的遮蔽

  你可能会好奇:这是多重的灰尘才能遮挡住一颗恒星啊!实际上,宇宙中的尘埃和我们所说的尘埃完全不是一个概念,它们都是弥散在宇宙空间的物质。分布范围极广,所以可以遮挡住宇宙中的光芒。

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  (图片说明:哈勃太空望远镜拍摄到的参宿四以及它在夜空中的位置)

  来自华盛顿大学的Emily Levesque解释说:“我们在红超巨星身上总能看到类似的情况,这是它们生命周期的一部分。红超巨星表面经常有物质会脱落下来,它们会以尘埃的形式凝聚在恒星的四周。在冷却和消散的过程中,它们会吸收一些射向我们的光线,阻碍我们的观测。”

  参宿四就是典型的红超巨星,由于大部分燃料都已经燃烧,引力带来的压力和内部核聚变产生的向外膨胀的力开始不再平衡。在这种情况下,它们就会发生脉动,其周期可以达到几百甚至几千个地球日。而在我们看来,这就集中表现在亮度上。当两股力量略微失衡时,就会有物质从红超巨星表面脱落,形成科学家所说的遮挡它的尘埃。

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  (图片说明:猎户座分子云,左上方红色的就是参宿四)

  因此,对于参宿四变暗的现象,我们也不必那么意外。只不过,对于这个物质脱落的过程,我们还没有完全理解。最近,马克斯·普朗克天文学研究所的Thavisha Dharmawardena和他的同事们,利用詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜阿塔卡马探路者实验(APEX)望远镜在亚毫米波范围内的观测数据,重新审视了参宿四变暗的过程,并将研究成果发表在了《天体物理学杂志》上。

  我们知道,波长较长的电磁波更容易绕过障碍。因此,他们才选择了比可见光更长的亚毫米波,利用其他人在这个波段对参宿四长达13年的观测资料,分析它变暗的现象。结果发现:参宿四在亚毫米波段也变暗了20%。既然抛开尘埃的因素它依然失去了一些亮度,那就意味着:参宿四的变暗不是尘埃遮挡那么简单,一定还有其他原因

  参宿四不会超新星爆发了!它变暗的原因,是长了巨型“雀斑”

  (图片说明:参宿四的艺术假想图)

  既然尘埃解释不了参宿四变暗的原因,那么科学家们只能考虑恒星本身的因素了。该研究团队认为,参宿四表面出现的大型恒星斑或许是使它变暗的主要因素。这些恒星斑不是一般的大,甚至可能覆盖了它表明的50%-70%。而且,这不是一个恒星斑,而是分布在各处的多个恒星斑,每一个都异常巨大,因此导致参宿四变暗。

  这个想法相当大胆,毕竟我们此前还没有发现过规模如此惊人的恒星斑。即使是太阳活动最剧烈的时候,黑子也不可能占到如此大的比例。而且,这个恒星斑的绝对面积也极其惊人,按照说的这个数字,用几十万个太阳才可能填满这个范围!因此,他们必须要给出合理的解释才能说服别人。

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  (图片说明:欧洲南方天文台在2019年12月利用甚大望远镜拍摄的参宿四及其周围的红外光,这是参宿四表面脱落的物质进入太空中形成的结构。由于恒星本身过于明亮,所以科学家用黑色圆盘遮挡住,才看见了周围较暗的尘埃羽状结构。中间的橙色圆点是参宿四,虽然在这张图里看起来很小,但是它的半径和木星到太阳的距离差不多。)

  首先,我们要知道恒星的光度取决于哪些因素。注意,这里我们说的不是在地球上看到的亮度,而是它的绝对光度。实际上,一颗恒星的光度取决于两个因素,一个是尺寸,另一个就是温度。更庞大的恒星有更巨大的表面积,向外释放的光也更多,因此更亮。另外,温度越高,也能释放出更强的光能。

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  (图片说明:太阳黑子)

  因此,当一颗恒星温度发生变化的时候,它的亮度也会发生变化。比如我们经常说到的太阳黑子,并非真的是黑色,只不过温度比周围区域低,所以被反衬得好像变暗了

  研究人员据此认为,参宿四之所以看起来变暗了,很可能就是它表明出现了巨大的恒星斑。他们还做了相关的计算,认为这些恒星斑的温度大约比平时低了200℃,由此造成了我们看到的亮度下降的幅度。同时,这种温度的下降在整个星球表面并不均匀,因此才出现了一块一块的恒星斑。

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  (图片说明:左图为2019年1月拍摄的参宿四,右图拍摄于2019年12月)

  欧南台利用SPHERE相机拍摄的参宿四亮度对比,也有力地证明了他们的猜想。从上图中我们可以看到,参宿四变暗的只是它的一部分,这些变暗的部分可能就是它的恒星斑。

  可以说,参宿四是我们除太阳以外,了解最多的一颗恒星了。但是,我们仍然有很多关于它的谜题无法解答。我们知道,太阳的活动周期大约为11年,那么,参宿四这样的红超巨星是否也有类似的周期性活动呢?这一段时间的亮度变化,是否能够证明这一点呢?

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  (图片说明:科学家猜测的参宿四表面恒星斑)

  关于这些问题,科学家们仍然需要通过更多对于参宿四的观测来解答。由此看来,虽然错过了超新星爆发的壮丽景观,但参宿四巨大的体积对于我们来说,仍然是了解恒星的一个绝佳对象,它的存在给我们提供了大量的研究机会。因此,不论它是否会爆发,对于科学家来说,都是宇宙给我们的一个了解它的最佳机会。

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