2020年參宿四的亮度降低了2/3，是否意味著它即將爆炸？

離太陽最近的大質量恆星表現的很怪異，參宿四最近的亮度降低到了只有平常的三分之一。是什麼導致了這種異乎尋常的現象？這是否意味著參宿四將要爆炸？

參宿四靠近獵戶座，你會發現這顆臭名昭著的恆星位於獵戶座獵人的肩膀上，也被稱為阿爾法獵戶座，很容易就能發現它是夜空中亮度第十的恆星。

至少，它是你能看到的第十亮的恆星。在過去的幾個月裡，天文學家就發現了這顆恆星所發生的一些奇怪現象，現在它的亮度大約是通常肉眼可見的1/3。

事實上，參宿四現在已經被降級為第24顆最亮的恆星。若要了解這發生了什麼，我們首先要討論一些關於這顆恆星的背景，你會看到比這顆恆星變暗更有趣的地方，就是參宿四不是一顆普通的恆星。

參宿四比你想像的更年輕

實際上，它比我們的太陽要年輕很多。太陽誕生於大約46億年前，由古老的巨大分子雲的引力坍縮而形成的。

而參宿四可能誕生於1000萬年前，從某種意義上來說，這大概是我們的原始人類祖先開始從大猩猩中分裂出來的時候。如果我們把太陽的年齡劃分為一年的365天，那麼參宿四可能是在12月31日早上5點出生的。

它太年輕了，像地球這樣的巖石行星可能還沒有足夠的時間來形成，坦率地說，可能永遠也不會形成。

參宿四是一顆非常年輕的恆星，但換一個方式，拿我們人類與之相比，它實際上也是一顆古老的恆星。這顆恆星有望能存活多久？

讓我們把它與太陽進行比較，太陽現在被認為是中年時期，它的燃料足以再持續50億年，直到最終演變成一顆短命的巨大恆星，然後只留下一顆死去的白矮星。

事實上它已經演變到了迅速膨脹階段，你可以發現長參宿四在其短暫的生命中一直非常貪婪，它誕生時的質量超過了太陽質量的15倍，自從它開始運行以來，它就像地獄裡的蝙蝠一樣，盡情的享受著它的燃料供應。

這顆恆星是一個怪物，它釋放出的能量是我們的太陽的10萬倍，甚至在它膨脹成一個巨大的恆星之前的主要生命周期中，它釋放出的能量仍是太陽的數萬倍。

像參宿四這樣的大質量恆星實際上是非常罕見的，就像大多數動物進化成與其物種相當的體型大小一樣，但實際上，在一系列反常的條件下，以某種方式導致了巨大的動物出現，並且變得很突出。

同樣的道理，參宿四也是一個巨大的怪物，因為每200顆恆星中只有1顆恆星的質量與參宿四相當。參宿四不僅質量巨大而且還進入了分裂膨脹階段，這意味著要了解這顆巨大的恆星也變得極其困難。

來看看恆星的內部，一顆恆星有兩個關鍵區域，核心是聚變發生的地方，以及基本是熱氣體的外層。當恆星將氫聚變成密度更大的氦時，它們在中心內積聚了一層惰性氦灰，由於氦比氫密度大，導致內核收縮，這反過來又會使它升溫，最終中心溫度和壓強會變得足夠極端。

氦可以通過三重阿爾法過程融合成碳，這就大大增加了核心的能量輸出，而這反過來又導致非聚變氫的外層空間迅速膨脹，有點像一個機器人氣球，只是，這個氣球現在已經膨脹到木星繞太陽公轉的軌道那麼大，所以這大致描述了參宿四內部發生了什麼。

現在它是如此巨大而且還會繼續膨脹，但它不會永遠保持這種狀態，因為隨著碳灰在它的核心積聚，其溫度和壓強灰繼續上升，最終，即使是更重的元素也會和碳開始融和，一旦這種情況發生，參宿四大末日就快到了，那時我們將看到參宿四大滅亡過程會持續幾百年甚至幾千年。

大質量恆星的死亡

像參宿四這樣的大質量恆星死亡後會發生什麼？

這可能會有兩種可能性，你可能聽到最多的是超新星。記住，恆星的核心最終會開始融合碳甚至比碳更重的元素。一旦在它的中心產生鐵灰，演變結束了，那是因為融合比鐵更重的元素，就是我們所說的吸熱反應。這意味著實際上需要更多的能量來進行反應而不再是釋放出能量了。

換句話說，這個反應消耗了恆星核心的能量。記住，這是一顆巨大的恆星，它有著巨大的自引力試圖將其自身坍縮。當熱源開始減少，由於鐵灰的積聚，沒有什麼可以抵抗這種自引力的坍縮，所以恆星實際上是自爆了。

當恆星膨脹形成的巨大的外層，由於重力的影響，會向內核方向坍縮，這會發生兩種可能，要麼是內核在結構上抵禦坍縮衝擊波，注意到並反彈到外部宇宙；要麼內核無法抵抗，進而被碾碎成虛無。

大質量恆星的光譜大約是質量較輕的恆星的10倍左右。太陽的質量不好產生足夠的壓力來坍縮內核，相反，它們只會把內核壓縮成一個超高密度的中子星狀態，然後從這個中子內部反彈，反彈之後會產生一個巨大的衝擊波傳播到太空，釋放出巨大的能量和噴射出大量的物質。這就是我們所說的超新星或者更專業一點叫做核心坍縮超新星。

如果這顆恆星的質量是太陽的10倍,那麼，現在會有更多的物質墜落在內核上，以至於它可以壓倒甚至是遠超中子的抵抗強度，所以這顆恆星會在內核被壓碎的過程中繼續坍縮。理論上它會一直坍縮直到一個密度無窮大的奇異點——黑洞，在某些情況下反彈仍會發生，繼而形成中子星。但一些反彈出來的物質最終會落回到中子星上，它會打破平衡將中子星再次變成一個黑洞。

但在其他情況下，內核上落回的物質太多，恆星就會內爆，眨眼之間就不存在了。沒有反彈、沒有抵抗，沒有任何形式的爆炸，它就消失了。

這種現象實際上早在2010年左右，天文學家就見證過NGC 6-946星系中一顆紅巨星的消失。這在當時甚至都沒有被注意到，直到後來，一所更高一級的州立大學的幾個天文學家，仔細檢查了檔案數據，發現了這個不尋常的事件。

這顆消失的恆星質量可能是太陽的25倍，質量較低的紅巨星的質量大約是太陽的10～15倍，而太陽的質量正好相反，不會消失而會爆炸。

現在，如果我們把這些觀察結果與理論進行更多的比較，它非常的吻合。在這裡你可以發現，對恆星是否會內爆、是否變成黑洞或者變成綠色超新星的預測，這顯然取決於恆星的質量。這些模型的結果顯示了一些隨機性，恆星內部的轉速、金屬濃度及內部本質上的隨機性質，這意味著我們不能總是僅僅根據恆星的質量來準確預測會發生什麼。

這就是為什麼很難確切地說參宿四未來會發生什麼。這種情況會因以下事實而變得更加難以預測：實際上我們不知道參宿四點質量，更不知道它誕生時的質量，這還算好的；另一方面甚至我們不知道參宿四的精確距離，這就意味著我們對參宿四的質量有很大的不確定性。

因此，與理論模型相比，我們可以看到，參宿四可能在某一天在沒有任何徵兆的情況下消失不見。

參宿四在2020年變暗的原因

有了這些大質量恆星的迷人背景，我們現在終於可以談談參宿四在過去幾個月裡發生了什麼？

首先要說的是，參宿四是一顆變化無常的恆星，它的亮度變化並不令人驚訝，它的亮度變化不像一個燈泡一樣，而是以百分之幾甚至百分之十的頻率變化，這種變化已經持續了幾十年了，這是相當恆定的。

但最近發生的真正不尋常之處在於急劇的亮度下降，已經達到了它平時亮度的三分之一，坦白的說這有點奇怪。

需要強調的是，這個數字代表了恆星的最小值，最近幾周的暗淡期，參宿四實際上已經開始穩定，甚至有開始逆轉再次變亮的趨勢。當我們把這兩張相隔一年拍攝的參宿四圖片放在一起看時，這個故事變得格外有趣。

通常我們不可能分辨出這樣的單個恆星，但有些超級恆星實在太大了，我們至少可以得到一張像這樣模糊的圖像，顯然參宿四在這兩張照片中看起來很不一樣。

這一事實加上變暗讓很多人很擔心，那我們來問一個很明顯的問題，那就是所有人都在想，現在參宿四的變暗是否意味著它即將變成超新星？

答案可能是，也可能不是。

首先有幾個原因，我們沒有任何明確的預測恆星在成為超新星之前會經歷一段時間的變暗，這些恆星內部的流體動力學非常複雜，這些與重力波的複雜反饋實際上以一種相當不可預測的方式影響了它們的光度輸出。

這是一個關於恆星光度預測的例子，從本質上講，恆星死亡前最後幾年的光度與它表面的溫度有關。從吉姆·富勒教授的理論來看，恆星的光度確實有時會變暗，但它通常也會變亮。它們確實在星空中到處都是，至少在事件發生的前幾天或前幾年，我們從未真正的捕捉到過一顆超新星圖像，因此我們無法從數據中真正告訴你恆星在變成超新星前有何變化發生。

這些模型是我們目前擁有的最好的模型，坦白地說，我們不知道恆星在超新星爆發前是如何運動的，我們也不知道它現在正在發生什麼。

可以確定的是，最近廣泛報導的參宿四變暗直接導致了光度的下降，但事實並非如此，現在我們聽到的這些報導裡所謂的變暗，實則是恆星光譜中可見光部分的亮度變暗了。

參宿四和所有恆星產生的輻射一樣，都是由不同的波長組成整個電磁光譜，所以如果我們想計算光度，我們必須把整個光譜中所有的都正確性的結合起來，而不是我們通過這些變暗觀測到的，它不是恆星的光度。

當然，幸運的是還有一種方法我們可以測到光度，我們只需要做這些觀察。在光譜的其他部分，除了可見光這正在做的，上周在明尼蘇達州奧布萊恩天文臺進行的紅外線測量，也顯示了恆星在紅外線中有相同的亮度。

換句話說，這種變暗並不代表恆星整體能量輸出的變化，它只是局限於光譜中可見光部分。好吧，也許我們可以把手指從恐慌的按鈕上拿下來了，我們似乎並沒處於像吉姆·富勒預言中的那樣變化劇烈的恆星的狀態中。

那麼，我們如何解釋這種明顯的可見光變暗，以及最近捕捉到的奇怪的不對稱圖像。

可見光變暗的解釋

有兩種廣泛流行的理論來解釋最近參宿四變暗的情況，如果我們暫時放棄超新星的假設，第一種是恆星表面巨大的耀斑，就像我們觀察太陽，可以經常看到小的太陽黑子。

在這些區域中，太陽的磁場線暫時聚集在一起，從而抑制了從太陽內部到表面的熱對流，而熱量沒有很好地到達表面的這一部分，則表面的這部分冷卻下來，從而只有正常溫度的一半，這就意味著它看起來更暗，這非常類似於如果你將一塊鐵從火中拔出，它最初會發出紅色光，然後冷卻下來並停止變化。

一個點或者一組點大到足以擋住三分之二的恆星，通常的其亮度會因此擋住三分之二的恆星表面，至少是我們能看到的半球的三分之二；如果另一個半球沒有斑點，那麼這意味著總共大約三分之一的恆星表面會被斑點覆蓋。

太陽黑子當然不會變得如此之大或如此之多，所以在太陽表面無法遮擋如此大的面積。過去有其他的巨型恆星被記錄到發生過這樣的現象。

例如，在三角座星系中的一顆橙色巨星HD 12345，通過一種叫做都卜勒成像的特殊技術清楚的揭示了它表面大約1/4到1/3的區域被稀疏覆蓋，但它足夠告訴我們這至少是一個合理的解釋。

現在太陽黑子的周期大約是11年，在這個周期的高峰期，大約有1%的恆星表面被黑子覆蓋，這相當於恆星光度的一個相當微小的變化，它實際上只增加了0.07個百分點，所以恆星的光度對它們的黑子覆蓋的變化是相當強勁的。

當把這些點放在一起我們可以看到，假設這個理論適用於參宿四，我們可以解釋光度似乎變化不大的事實，我們可以解釋光譜中可見光部分的明顯變暗。

我們也可以用一個假設來解釋這種不平衡的圖像，現在太陽記錄上的斑點是由磁場線阻礙對流引起的，這些斑點一般都有地球那麼大，但是如果我們將其放大，會是另一種效果。

另一種也同樣令人信服，參宿四的表面引力弱得可憐，這可能會讓你們想，如果我站在參宿四的表面上，我能跳上太空嗎？我能實現逃逸速度嗎？

逃逸速度由下面的方程給出：其中G是表面重力，R是物體的半徑，對於太陽來說，這大約是每秒600公裡，所以你需要大量的能量才能離開太陽表面；在參宿四上，雖然它比太陽的少了約10倍，但那也需要每秒60公裡。

因此，這就增加了一種可能性，即來自恆星內部的強烈震蕩可能以足夠的力量傳播到表面，實際上將外層拋入深空或至少部分深空，一旦外層被恆星釋放出來，就可能冷卻下來，最終擋住了一些恆星的光線，基本上只是塵埃，我們甚至可以在之前的塵埃釋放中看到一些塵埃。

在這個巨大的光斑中，表面實際上已經冷卻了一些，但這裡的表面本質上是相同的溫度，只是有一些灰塵擋住了光的去路，所以天文學家艾米麗·萊韋斯克最近的研究用光譜技術研究了表面的溫度，

他們發現，恆星表面並不與劇烈冷卻的過程相一致，因此，在這個基礎上，他們支持塵埃假說，這就給我們留下了兩個非常有說服力的解釋，而不假設恆星演變成超新星。

現在，因為我們對恆星在變成超新星之前的最後幾年裡的行為有太多的不了解，所以我們所看到的仍然完全有可能是即將演變成超新星的跡象，但一般來說，恆星在它們生命的這一階段要花費大約10萬年的時間。

所以這在概率上是不可能的，這與我們短暫的人生相吻合。這也是一個遺憾，因為如果參宿四真的變成超新星，它有650光年遠，這意味著它離我們足夠遠，不會傷害我們。但若是足夠近，我們就有機會深入研究，了解這個神秘的恆星的最後階段。

當然，它也會發出非常漂亮的光，甚至比滿月的亮度還亮；或者，它可能會消失，留下一個黑洞，這也是一個令人難以置信的觀察結果。

像參宿四這樣的大質量恆星很神奇，是的，它們是不尋常的稀有動物，它們不太可能形成行星更不用說生命了。但另一方面它們也與我們緊密相連，那是因為在這些大質量恆星的引擎裡，你體內的許多重元素像磷、鉀、氧，就是在它的內部深處形成的。

當這些恆星走到它們的盡頭時，它們在宇宙中猛烈地爆炸開這些豐富的內部物質，那些新形成的重元素被拋到星系另一端遙遠的彼岸，因為還剩下大量的氫並融合了從碎片中形成的新的恆星，最終形成了富含這些對生命至關重要的重元素行星。

這些相同的元素在你的身體裡，現在，在歷史上的某個時刻，它們在宇宙中最大的恆星的力量裡，你的身體本質上是由灰燼構成的，所以觀看參宿四就像看到生命起源的最早步驟之一，就像看著鏡子裡我們自己的起源。

這些恆星猛烈地撕裂自己，幾乎是一種犧牲的行為。因此像我們這樣的複雜的化學實體，也許有一天會在宇宙某個角落誕生，像鳳凰的火焰一樣升起。