不是塵埃!參宿四非正常變暗或由巨大恆星斑造成

2020-12-05 天文在線

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恆星黑子造成參宿四奇怪的變暗

藝術家創作的紅色超巨星參宿四插圖。

在這幅圖中，參宿四的表面被巨大的恆星斑所覆蓋，導致其亮度降低。恆星在脈動中會有規律地向周圍釋放氣體，這些氣體凝結成的物質就是塵埃。

(配圖：圖片部/ MPIA)

新研究表明，是一些黑點造成了最近參宿四的非正常變暗，這些黑點暫時覆蓋在這顆巨大恆星表面，佔據了整顆恆星至少一半的面積。

參宿四構成了獵戶座的肩膀，是夜空中最著名、最為人熟知的恆星之一，也是最大的恆星之一。

參宿四是一顆「紅色超巨星」，它的質量是太陽的11倍，寬度是太陽的900倍。如果把參宿四放到太陽系的中心，它將吞噬掉水星、金星、地球、火星和小行星帶。(對於距離地球約500光年的紅巨星來說，這可是一次長距離的旅行。)

參宿四正在膨脹，這也意味著它處於生命的最後階段，最終會以一場劇烈的超新星爆炸收尾。去年秋天，這顆超巨星開始明顯變暗，這促使一些天文學家推測，參宿四可能即將迎來落幕。

但是在今年春天參宿四結束了變暗的低迷狀態，到五月又恢復了平日的光輝。亮度恢復又促使一些天文學家假設，參宿四變暗是塵埃雲造成的，科學家認為這可能是因為參宿四的光在到達地球之前，被塵埃雲擋住了一大塊部分。

但是新的研究表明，變暗是參宿四本身固有的一種現象。研究人員在今年1月、2月和3月使用夏威夷的詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡(JCMT)仔細觀察了這顆超巨星，該望遠鏡在亞毫米光波下觀測宇宙，人類憑肉眼無法看到這種波長。

研究小組在之後將這些數據與過去13年對參宿四的觀測數據進行了對比，這些數據中也包括由阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡(Atacama Pathfinder Experiment)拍攝到的圖像，阿塔卡馬探路者實驗望遠鏡位於智利，同樣可以在亞毫米光線下進行觀測。

該研究的第一作者，德國馬克斯·普朗克天文研究所的博士後研究員，T·達馬瓦德納（Thavisha Dharmawardena），在一份聲明中說「讓我們驚訝的是，即使是在亞毫米的光波下，參宿四的亮度在變暗過程中也僅有原來的80％。」

Dharmawardena 說：「這個現象的發生與塵埃的存在是完全沒關係的，認識到恆星本身已經發生了如此巨大的改變，這讓人很興奮。」

研究人員說，綜合數據分析表明，參宿四變暗與平均表面溫度下降到約360華氏度（200攝氏度）有關。（恆星通常溫度約為5840華氏度或者3230攝氏度。）

但是，因為在2019年12月採集的參宿四的高解析度圖像顯示出亮度強度明顯不規則，所以不太可能溫度下降很對稱地發生在整個星球。

Dharmawardena說：「綜合我們的結果，這清楚地表面，巨大的恆星黑子覆蓋了50%到70%的恆星可見表面，每個黑子的溫度都低於其他地表的溫度。」

恆星黑子是短暫的黑色部分，相當於在恆星表面擁有較強磁場的較冷的斑點。我們的太陽也有它們；天文學家數百年來一直在數太陽黑子以此測量恆星的活動。（太陽黑子充當了太陽風暴的發射臺，例如耀斑和被稱為日冕物質拋射的巨大等離子體爆發。）

研究人員明年會繼續使用麥克斯韋望遠鏡研究參宿四以了解更多有關超巨星，它的滅亡對其附近的宇宙都會產生巨大的影響。

麥克斯韋望遠鏡的高級科學家Steve Mais說「想參宿四這樣的前幾代恆星實際上製造了我們在地球上和我們人體內找到的大多數元素，並在巨大的超新星爆炸中將它們分布到整個宇宙中。」

Mairs說：「儘管我們不能預測恆星會何時爆炸，但追蹤它的亮度不僅使我們更好地理解有趣的恆星類別的演變，而且還能幫助我們寫下我們自己的宇宙歷史。」

參宿四通常被認為是在夜空中亮度排第十的恆星，排名次於參宿七——獵戶星座中第二亮的恆星。它是一顆明顯帶微紅的半規則變星，視星等在+0.0至+1.6之間變化，這是比其他任何一等星都大的範圍。在近紅外波段，參宿四則是夜空中最亮的恆星。拜爾星命名法中它的名稱是獵戶座α星，譯成拉丁語是Alpha Orionis，可以縮寫成Alpha Ori 或者 α Ori。

被歸類為M1-2光譜型的紅超巨星，參宿四是肉眼可見的最大的恆星之一；猜測它如果作為處於太陽系中心的恆星，表層會超越小行星帶並且可能會會吞噬水星、金星、地球、火星甚至是木星的軌道。雖然如此，在銀河系中仍然有一些更大的紅超巨星，包括仙王座 μ 星和大犬座 VY。參宿四質量的計算範圍略小於太陽的10倍、略大於太陽的20倍。

據計算，它距離太陽約700光年，絕對星等約為6等。年齡不到1000萬年的星宿四由於它的超大質量進化地非常迅速，並且應該在大約不到10萬年內由於一場超新星爆發終結了它的進化。從它的誕生地，涵蓋獵戶座腰帶上星星的獵戶座OB1星協離開以來，這顆速逃星被觀測到以每秒30千米的速度穿過星際介質，並形成了超過四光年寬的弓形激波。

1920年，參宿四成為了第一顆除太陽外被測定角直徑的恆星。接下來的研究確認了它的視直徑（即明確的大小）在0.043 ~ 0.056 角秒；以上測定的範圍歸因於不同波長下的非球面、臨邊昏暗、絕熱脈動和變化的外觀。另外它還被複雜的、不對稱的包層所包圍，其大小大概是參宿四的250倍，是由於恆星自身質量的損失造成的。目前地球上歸測到的參宿四的角直徑僅不如劍魚座D和太陽。

作者：Mike Wall

FY：Astronomical volunteer team

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