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參宿四一顆處於生命最後階段的巨星，最近表現得很怪異，亮度急劇下降。新的研究將巨大的星點歸因於參宿四的鱗片狀外觀，儘管規模之大前所未有。
圖解：參宿四恆星的藝術概念及其假設的表面瑕疵。圖源：MPIA
參宿四——一顆處於其生命最後階段的巨大恆星——表現得十分怪異，它的亮度急劇下降。這個新的研究歸因於參宿四片狀表面的巨大星點，其規模之大前所未有。
圖解：2014年10月26日，美國宇航局SDO拍攝到，太陽右下角的明亮光線顯示出一次X級太陽耀斑。這是48小時內發生的第三次X級耀斑，它是24年來太陽上最大的活動區域爆發的。圖源：NASA
發表在《天體物理學雜誌快報》上的一項新的研究中，將參宿四上亮度急劇下降的現象與其光球層中的巨大瑕疵聯繫在一起，其中，光球是恆星表面明亮發光的部分。參宿四上這些暗淡、冷色的斑點讓人想起太陽黑子，但它們覆蓋了這顆即將死亡的恆星表面的50%至70%。這項新的研究由馬克斯普朗克天文研究所的天文學家塔維沙·達爾馬瓦德娜領導。
圖解：大多數組成獵戶座的明亮恆星都離我們很遠，就像肉眼可見的星星一樣。除了紅星參宿四，這些恆星都是非常明亮的。圖源：farmersalmanac
參宿四是一顆紅色超巨星，距離地球約650光年。它位於獵戶座，很容易用肉眼看到。參宿四是一顆令人難以置信的大恆星，它的質量相當於太陽的11倍，直徑相當於1700個太陽排成一行。如果你把參宿四放在太陽系的中心，它會一直延伸到木星的軌道！
圖解：太陽系中太陽和行星分布。圖源：cgtrader
參宿四已經到了生命的盡頭，基本上隨時都可能爆發成超新星。它被歸類為半規則變星，因為它的亮度隨時間而變化，這對於紅巨星來說並不罕見。
達爾馬瓦德娜在一份新聞稿中說：「在它們生命的最後，恆星會變成了紅巨星。當它們的燃料耗盡時，恆星釋放能量的過程會發生變化。結果，它們會膨脹，會變得不穩定，並產生數百天甚至數千天的周期波動，我們將這些所看到的周期性波動為恆星亮度的波動。」
然而，不尋常的是，在參宿四中可以看到這些亮度下降的程度。科學家觀察到這顆恆星的正常亮度從2019年10月到2020年4月下降了40%。
紅超巨星由於其巨大的表面積和相對較低的密度，很容易將其外層氣體層拋入太空，並在冷卻後變成塵埃。這一過程使得澳大利亞國立大學天文學家丹尼爾·科頓和他的同事們在其發表的論文種得出以下結論：參宿四附近大量的灰塵可以解釋這種亮度急劇下降的奇怪現象。
圖解：JCMT是世界上最大的單碟望遠鏡，致力於探測亞毫米輻射。它15米（50英尺）的碟形天線用不同的方式告訴我們關於冷宇宙的天空。它在紅外線和無線電波之間工作，以1.4到0.4毫米的波長進行觀測，使用一些最靈敏和最先進的儀器來探測宇宙中最冷的物質，這些物質只比絕對零度高出幾十度。圖源：eaobservatory
達爾馬瓦德納的論文利用阿塔卡瑪探路者實驗（APEX）和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡（JCMT）收集的新舊數據，測量亞毫米波長的輻射，並對這一理論發出了挑戰。
這項研究的合著者、東亞天文臺研究員史蒂夫·邁爾斯解釋道："令我們吃驚的是，即使在亞毫米波範圍內，參宿四也變暗了20%。
根據之前的觀察，研究人員得出結論，這種行為與灰塵的存在並不一致。隨後在這個光譜範圍內的計算證實了這些懷疑，即在這個亞毫米波範圍內亮度下降不能通過塵埃是否存在來解釋。相反，根據這項新的研究，恆星內部一定發生了一些事情。
通過回歸基本的方法，天文學家們認識到恆星的亮度取決於它的直徑和表面溫度。因此，在可見光和亞毫米波長範圍內，觀察到的變暗現象會導致參宿四的平均表面溫度降低。
圖解：參宿四的高解析度圖像顯示了在其變暗之前和期間，其表面可見光的亮度分布。由於這種不對稱性，作者把這種暗淡現象歸因於巨大的恆星斑點。圖源：ESO
該研究中，來自歐洲南方天文臺（ESO）的合著者彼得·西克魯納解釋道：「然而，2019年12月參宿四的高解析度圖像顯示了亮度不同的區域，表明溫度分布不對稱的可能性更大。」
綜合起來，這些數據表明，在比高亮度光球更低的溫度下，巨大的星點覆蓋了參宿四上50%到70%的可見表面積。
華盛頓大學天文學教授艾米莉·列維斯凱，同樣也是即將出版的科普書《最後的星際觀測者》的作者，她很高興看到有關參宿四的亞毫米級數據。
沒有參與這項新研究的萊維斯克告訴吉茲莫多：「他們的觀察結果表明，參宿四在這些長波長下一直是可變的，所以了解這與去年冬天我們看到的明顯的亮度急劇變暗之間的聯繫無疑是一個重要的謎題。」
這一結果非常有趣，因為它提供的證據與先前的假設相矛盾，即參宿四的之前的暗淡可能是由灰塵引起的。庫魯汶天文研究所的米格爾·蒙塔格斯在給吉茲莫多的電子郵件中寫道：「我們似乎正面臨著腦和意識之間相互矛盾的觀察。這令人非常興奮：似乎我們掌握的參宿四數據越多，它就越複雜。」
不過，與這項新研究無關的蒙塔格斯確實發現了一個問題。他說，我們一直在從不同波長、不同角度解析度以及不同日期的參考觀測數據來觀察參宿四。
蒙塔格斯解釋說：「理解這種看起來很簡單的暗化現象可能會讓我們思考一段時間。關於紅超巨星和超新星祖先，我們還有很多不知道的東西。」
萊維斯克說，記住參宿四隻是一個紅色的超級巨星十分重要，因為它的亮度和距離很近，我們有幸對它進行了詳細的研究。
她說：「我們還不知道大多數紅超巨星是如何在亞毫米級隨時間變化的，甚至不知道這些可見光突然下降的現象有多普遍。我們將儘可能多地關注參宿四，並研究更多類似的恆星，以便全面解釋這些大質量瀕死恆星的物理現象。」
事實上，參宿四上是否存在星點還需要補充證據來證實，但如果是真的，它們將代表一種全新的恆星現象。未來的研究應該調查這些星點的持續時間，確定它們的潛在原因，並確定其可能的周期。例如，我們的太陽，太陽黑子的周期為11年。這項新的研究提出了一個有趣的結果，但需要更具說服力的數據。
作者: George Dvorsky
FY: 武薇
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