參宿四近幾個月來一直令天文學家著迷，因為它的亮度異常強烈地下降然後又恢復。科學家們一直在討論一些情景，試圖解釋它的行為。現在，由馬克斯·普朗克天文學研究所塔維莎·達馬瓦德納領導的一個研究小組發現：參宿四表面極有可能是異常大的「恆星斑點」導致了變暗，其研究結果排除了之前的猜測，即是由參宿四噴出的塵埃，遮蔽了這顆恆星，像參宿四這樣的紅巨星會經歷頻繁的亮度變化。
然而，參宿四的光度在2019年10月至2020年4月間大幅下降至正常值的40%左右，這讓天文學家們大吃一驚。科學家們已經開發了不同場景來解釋這顆恆星亮度的變化，這顆恆星的亮度可以用肉眼看到，而且幾乎有500光年遠。一些天文學家甚至推測一場即將到來的超新星爆炸。由海德堡馬克斯·普朗克天文研究所塔維莎·達馬瓦德納領導的一個國際天文學家小組現在已經證明：
參宿四光球層溫度變化導致了亮度的降低，這種溫度變化最有可能的來源是巨大低溫的恆星黑子，類似於太陽黑子，這需要黑子覆蓋參宿四表面的50%到70%。像太陽這樣的恆星在生命末期會變成紅巨星，當燃料供應耗盡時，恆星釋放能量的過程就會改變。結果，恆星膨脹，變得不穩定，以數百天甚至數千天的周期脈動，研究認為這是引起參宿四亮度波動的原因。
超大規模的黑子（恆星）
參宿四是一顆所謂的紅超巨星，與太陽相比，它的質量大約大20倍，體積大約大1000倍。如果放在太陽系的中心，它幾乎可以到達木星軌道。由於它的體積太大，恆星表面受到的引力比同等質量但半徑較小的恆星要小。因此，恆星脈動可以相對容易地彈出這樣一些恆星的外層。釋放出的氣體冷卻並發展成天文學家稱之為塵埃的化合物。這就是為什麼紅巨星是宇宙中重元素的重要來源，行星和生物最終都是從宇宙演化而來。
天文學家此前認為，吸收光線的塵埃的產生，最有可能是參宿四亮度急劇下降的原因。為了驗證這一假設，塔維莎·達馬瓦德納和合作者評估了來自阿塔卡馬探路者實驗(APEX)和詹姆斯·克萊克·麥克斯韋望遠鏡(JCMT)的新數據和檔案數據。這些望遠鏡測量的輻射來自亞毫米波的光譜範圍(太赫茲輻射)，其波長比可見光的波長大一千倍。天文學家用肉眼看不見的星際塵埃，研究星際塵埃已經有一段時間了，尤其是冷塵埃會在這些波長發光。
令研究人員驚訝的是：參宿四即使在亞毫米波範圍內也會變暗20%。經驗表明，這種行為與塵埃的存在是不相容，為了進行更精確的評估，科學家計算了塵埃會對這一光譜範圍內的測量產生什麼影響。事實證明，亮度在亞毫米範圍內的降低，確實不能歸因於塵埃量的增加。相反，一定是恆星本身造成了天文學家測量的參宿四亮度變化。物理定律告訴我們，恆星的光度取決於直徑，特別是恆星表面溫度。如果只有恆星的大小減小，所有波長的光度都會相等地減小。
理論與觀測一致
然而，溫度變化對沿電磁頻譜發射的輻射的影響不同，在可見光和亞毫米波中測量到的變暗，因此是參宿四平均表面溫度下降的證據，研究人員將其量化為200K。來自歐洲南方天文臺(ESO)的合著者Peter Scicluna解釋說：然而，溫度分布不對稱的可能性更大。2019年12月參宿四相應高解析度圖像顯示了不同亮度的區域，加上新研究結果，這清楚地表明，巨大的恆星黑子覆蓋了可見表面的50%到70%，溫度低於更亮的光球層。
恆星恆子在巨星中很常見，但沒有這麼大的規模，但理論模型計算似乎與參宿四亮度下降的持續時間相一致。我們知道太陽黑子的數量在11年周期中增加和減少，巨型恆星是否有類似的機制尚不確定。這一點的一個跡象可能是之前的亮度最低值，它也比前幾年的亮度最低值要明顯得多。但未來幾年的觀察將告訴我們參宿四亮度急劇下降是否與一個恆星黑子周期有關。無論如何，參宿四仍將是未來研究一個令人興奮的對象。
博科園｜研究/來自：馬克斯·普朗克學會
參考期刊《天體物理學》
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