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奇怪的参宿四最后还是没爆炸
查字典地理网 来源|2020-02-28 发表|教学分类:地理科普

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这张参宿四的图像,是数字化巡天2项目的若干张图像合成的。参宿四是夜空中最亮的恒星之一。

图源:ESO/DIGITIZED SKY SURVEY 2.

致谢: DAVIDE DE MARTIN

关于参宿四即将爆炸的传言甚嚣尘上。尽管这颗红超巨星最近的亮度降低暗示它可能时日不多,但它似乎并不会立即爆炸。最近的观测结果反而显示,这颗恒星正开始恢复往日的荣光。

2月22日,一支研究团队在天文学家电报(the Astronomer’s Telegram,在线网络发表平台)上称:“参宿四确定已经停止变暗,并已经开始缓慢变亮。目前还需要继续进行各种观测,才能理解这种史无前例的变暗阶段的性质,理解这颗令人惊叹的恒星下一步会怎么样。”

猎户座高悬在夏威夷的哈雷阿卡拉火山上方。图上两颗较亮的星星是参宿四和参宿七。

图源:BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

随着参宿四逐渐变亮,天文学家现在希望弄清楚是什么导致它的亮度在2019年底骤降,同时还要应对人们未能目睹超新星爆发的遗憾。

哈佛-史密森天体物理中心的Andrea Dupree说:“我也想说它将变成一颗超新星。我们压根不怎么了解超新星爆发前一刻、前一晚、前一周、前一月究竟是什么样。”

黯淡,黯淡的巨星

参宿四,正常情况是位于猎户座“肩部”的一颗惹眼的红点,也是夜空中识别度最高的星星之一。它距离地球约700光年,是一颗年轻的红巨星,膨胀而巨大。如果把它放在太阳的位置,它甚至能吞掉木星。这颗巨星会周期性地脉冲,其表面由许多巨大的对流胞(convective cell)拼接而成。这些对流胞会移动、膨大、收缩,与覆盖在太阳表面的一团团等离子体泡类似,却大得多。

Dupree说:“它们非常大,真的很大,跟我们到火星的距离差不多。这样的表面让人太惊讶了!”

当参宿四脉冲时,这些对流胞收缩、膨胀,恒星的亮度也会起伏变化。该恒星的英文名字Betelgeuse起源于阿拉伯语。在天文上,参宿四属于变星,意思是它会以几个固有的周期发生周期性的亮度增减。

但去年秋季,参宿四开始变得比平常更暗,而且并没有逐渐变亮,反而越变越暗。到2019年底,其亮度已经比原本的亮度低了40%,不再是夜空中第10颗最亮的星,甚至连前20名都排不上。当时的参宿四的亮度,比天文学家们观测至今的所有亮度都要低。

Dupree说:“能实时看到恒星演化挺有趣的。它的所作所为我们从来没在它身上见过,而且也不清楚是不是在其它恒星上见过。”

参宿四走向黯淡的原因仍无法确定。一些天文学家推测,若干正常的恒星周期恰好重叠,产生了一个比以往更黯淡的恒星。另一些人猜测,参宿四可能喷射出了大量的尘埃,挡住了自身。还有一些科学家希望参宿四变暗预示着它的末日,因为据认为许多大恒星在坍缩爆炸前会向太空喷出大团烟尘。

这张图像是参宿四在史无前例的变暗前后的对比。左右两图是欧洲航天局的甚大望远镜在2019年1月和12月分别拍摄的,可以看出这颗恒星变暗了多少,以及形状发生了什么变化。

图源:ESO/M. MONTARGÈS ET AL

像参宿四这样的大恒星,变成超新星是不可避免的,问题不在于它是否会炸,而在于什么时候炸。而当参宿四真正爆炸时,在地球的白天也能看到它。

参宿四的亮度

尽管接近超新星爆发并不能解释参宿四的亮度变化,但许多天文学家私心里还是希望这颗恒星爆炸。

“我挺希望看到它爆炸的。那样就太奇妙了。”美国维拉诺瓦大学的天文学家Ed Guinan在参宿四变亮之前接受《国家地理》采访时说道。他从事变星研究,追踪参宿四已有几十年。

但当Guinan后来发现参宿四重新变亮后,他开始怀疑这颗恒星并非正要“一条路走到黑”。他说,在亮度低点时,起码有两个恒星周期叠加,只有这种巧合才能解释参宿四为什么变暗得这么厉害。

Guinan查看了参宿四恒星周期的时机后发现,如果参宿四的行为与一个特别显著的、约425天的波动周期相匹配,那么,参宿四应该在2月底开始重新变亮。事实上,参宿四在亮度最低的阶段停留了一周,确实开始变亮。

Guinan说:“我们认为最暗是在2月20日,前后偏差几日。我当然很开心自己的推测是对的,我本来不会这样的,因为我当时内心还是希望这颗恒星回变暗、变暗,变成超新星。我很想看到那样。”

参宿四变了样

虽然Guinan预测对了,但参宿四最近变暗的奥秘并未完全解开。当它开始变暗时,几台最好的天文望远镜都开始转头仔细观察它,其中包括哈勃太空望远镜和位于智利的甚大望远镜。当天文学家把甚大望远镜对准参宿四时,他们发现,这颗恒星与一年前的样子大不相同。

2019年1月,在参宿四开始变暗之前,它看上去几乎呈球状,球体明亮度一致。但2019年12月的图像显示,这颗恒星变得更为椭圆,而且南半球有一个非常巨大的暗影区。

比利时天主教鲁汶大学的Miguel Montargès说:“恒星圆面上出现这么一个重大变化,极为罕见。”他曾用甚大望远镜研究过参宿四。

天文学家还不确定究竟是灰尘挡住了一部分恒星光线,还是恒星本身变形变暗。以参宿四最亮的红外波段进行热力观测,参宿四看上去并没有显著变冷,并不像有人预测的那样:一个巨大而黯淡的对流胞在恒星表面扩展开来。

“考虑到亮度变化局限在不能很好穿透尘埃的短波段,尘埃沉积这个解释似乎很合理。”曾用甚大望远镜观测过参宿四的巴黎天文台的Pierre Kervella说道。

但是,“尘埃为什么会在乎这颗恒星425天的周期?”

这个谜团远未解开,但Guinan及其同事很感激参宿四再次亮起来好让他们看到。不久后,这颗红巨星就会运行到太阳附近,躲在白天的日光里,直至秋季。

 

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