心宿二原來長這樣

2021-01-13 星空天文

人類首次以較高精度拍到太陽系外恆星的表面細節。


帶有表面細節的心宿二照片。ESO


歐洲南方天文臺甚大望遠鏡幹涉儀再立新功。天文學家通過它，以迄今為止最高的精度，把一顆恆星表面的細節展現在了我們面前。這顆恆星就是天蠍座最亮的星、著名的紅超巨星——心宿二（大火）。


不僅僅是靜止的圖像，天文學家還獲得了心宿二大氣不同區域物質運動速度的數據，繪製了有史以來人類第一份太陽系外恆星大氣物質運動速度數據圖。結果顯示，極度膨脹的心宿二大氣層紊亂程度超乎想像。


心宿二及天蠍座在天空中的位置。ESO


心宿二十分明亮。在天蠍座的心臟位置處，它呈現為一個紅色亮點。這是一顆巨大且溫度相對較低的紅超巨星，正處於其生命的晚期，它的最終命運是成為一顆超新星。


紅超巨星是那些誕生時質量為太陽9至40倍的恆星，它們在生命的晚期大氣層會極度膨脹，變得巨大且明亮，但密度會降低。心宿二當前的質量是太陽的12倍，直徑是太陽的700倍。但在它誕生之時，它質量可達太陽的15倍。它到目前為止一共丟掉了質量大約相當於3個太陽的物質。


主導此次研究的天文學家，來自智利的Keiichi Ohnaka表示，像心宿二這樣的恆星在生命末期為何會如此快速地丟掉質量，是近半個世紀以來一直困擾著人們的疑問。現在我們獲得了其大氣運動的數據，正在邁向解決這一問題的路途之上。接下來的挑戰則是要找出驅動這種紊亂運動模式的原因。


利用觀測中獲得的數據，天文學家製作了一張心宿二大氣二維速度測繪圖。他們先是在小範圍紅外波段內對心宿二的表面進行多次成像，隨後運用這些數據，計算出心宿二不同部位大氣運動速度與這顆恆星整體平均速度的差異，最終得到一張能夠反映心宿二完整圓面上大氣運動相對速度的測繪圖。


心宿二表面速度測繪圖。ESO


物質是朝向還是背向地球運動可以通過都卜勒效應進行測量。恆星大氣的某個部分是遠離觀察者還是朝著觀察者而來，都會在特定元素的發射線或吸收線中反映出來。具體而言，若其遠離而去，則譜線會向紅色波段偏移，反之，則朝著藍色波段偏移。


天文學家們發現，心宿二表面那些紊亂低密度氣體所在的位置，比預想的離恆星更遠。這表明心宿二大氣運動背後的主要驅動力可能不是對流。


藝術家描繪的心宿二。ESO


許多恆星都是依靠冷下熱上的對流循環，通過大尺度的物質遷移，來把能量從其核心向外層大氣傳遞的。而要解釋出現在心宿二及與其類似的紅超巨星膨脹大氣中的觀測結果，可能需要一種新的、未知的理論模型。


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