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猎户座的参宿四经历数星期无法解释的亮度变化 可能不会立刻发生超新星爆炸

2020/3/23 12:30:00 移动版

这张参宿四的影像是由数字巡天2(Digitized Sky Survey 2)计划所拍摄的数张影像合成而得。 参宿四是夜空中最亮的恒星之一。 COMPOSITE

这张参宿四的影像是由数字巡天2(Digitized Sky Survey 2)计划所拍摄的数张影像合成而得。 参宿四是夜空中最亮的恒星之一。 COMPOSITE IMAGE BY ESO/DIGITIZED SKY SURVEY 2. ACKNOWLEDGMENT: DAVIDE DE MARTIN

猎户座从夏威夷哈里亚卡拉火山(Haleakala Crater)的上方升起。 影像中两颗较亮的恒星是参宿四和参宿七。 PHOTOGRAPH BY BABAK T

猎户座从夏威夷哈里亚卡拉火山(Haleakala Crater)的上方升起。 影像中两颗较亮的恒星是参宿四和参宿七。 PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

参宿四发生有史以来最剧烈亮度减弱的前后对比影像。 这两张影像是由欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜于2019年1月和12月时分别拍摄的,可以看到这颗恒星亮度减

参宿四发生有史以来最剧烈亮度减弱的前后对比影像。 这两张影像是由欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜于2019年1月和12月时分别拍摄的,可以看到这颗恒星亮度减弱的程度及形状的变化。 IMAGE BY ESO/M. MONTARGèS ET AL

据美国国家地理(撰文:NADIA DRAKE 编译:邱彦纶):猎户座的参宿四(Betelgeuse)经历了数星期无法解释的亮度减弱,但目前它的亮度正往上攀升,这表示参宿四可能不会立刻发生超新星爆炸。

有关参宿四即将爆炸的传言甚嚣尘上。 虽然最近这颗红超巨星所经历的大幅亮度减弱,暗示它可能时日无多,但它似乎并不会立刻发生爆炸。 最近的观测结果反而显示,这颗恒星正开始恢复以往的亮度。

「我们确定参宿四已经停止变暗,并开始慢慢变亮。 」有一组研究团队于2月22日在天文学家电报(The Astronomer's Telegram)报告,「目前还需要继续进行各种观测,才能理解这次史无前例的亮度减弱事件性质,了解这颗令人惊叹的恒星下一步会如何变化。 」

随着参宿四的亮度逐渐增加,现在天文学家希望弄清楚这颗恒星的亮度为什么会在2019年底骤降。 同时,他们还得要应付大家未能目睹参宿四发生超新星爆发的遗憾。

哈佛-史密森天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的安德烈亚. 杜普里(Andrea Dupree)表示:「我也很希望参宿四发生超新星爆发。 我们不太了解超新星爆发的前一刻、前一晚、前一星期或是前一个月,究竟会发生什么事。 」

不断变暗的巨星

在正常的状况下,位于猎户座肩部的参宿四是一颗明显的红色亮星,也是夜空中最容易认出的恒星之一。 它距离地球约700光年,是颗膨胀而巨大的年轻红巨星。 如果把它放在太阳的位置,甚至能够吞噬木星。 这颗巨星会规律地脉动,表面有许多斑点状的巨大对流胞(convective cell)。 这些对流胞与覆盖太阳表面的冒泡电浆囊类似,会移动、膨胀和收缩,但大小却大得多。

「这些对流胞真的非常巨大,大小相当于从地球到火星的距离,」杜普里表示,「这样的恒星表面太让人惊讶了! 」

当参宿四脉动时,这些对流胞会收缩、膨胀,恒星的亮度也会发生变化。 这颗恒星的英文名Betelgeuse源自于阿拉伯语,天文学家将它归类为变星(variable star)──也就是说,它的亮度会以几个固定的周期组合,发生周期性的亮度增减现象。

但从去年秋天开始,参宿四变得比平常还要更为黯淡,而且在这之后亮度并没有逐渐回复,反而愈变愈暗。 到2019年底,这颗恒星的亮度已经比原本还要暗了40%,不再是夜空中第10亮的恒星,甚至连前20名都排不上。 当时的参宿四,甚至达到天文学家观测这颗恒星以来的最低亮度。

「能够实时看到恒星的演化还挺有趣的,」杜普里说,「我们从来没看过参宿四发生这种现象,而且也不清楚其他恒星是否曾有类似情形。 」

我们仍无法确定参宿四为何会变得如此黯淡。 有些天文学家推测,是因为几个正常的恒星亮度周期恰好重迭,因此恒星的亮度变得比平常还要更低。 另外也有些人猜测,参宿四可能喷发出大量的尘埃,挡住了恒星本体。 还有些科学家希望,参宿四的亮度减弱预告着这颗恒星的末日即将来临,因为我们认为大质量恒星在坍缩并发生爆炸前,会向太空喷发出巨大的尘埃团块。

像参宿四这样的大质量恒星迟早会发生超新星爆发──问题不在于它是否会爆炸,而是何时会发生。 如果参宿四真的发生爆炸,即使是在地球的白昼,也看到这场巨变的亮光。

参宿四的亮度

虽然参宿四先前的亮度变化不太可能是因为即将发生超新星爆发,但许多天文学家私心仍相当希望这颗恒星爆炸。

「我还蛮希望看到它爆炸的,那一定很棒! 」美国维拉诺瓦大学的天文学家爱德华. 古南(Edward Guinan)恰好在参宿四变亮之前接受了《国家地理》(National Geographic)的采访。 他从事变星研究,追踪参宿四已有数十年的时间。

但当古南发现参宿四又重新变亮之后,他开始怀疑这颗恒星并非一路走向灭亡。 他表示,在参宿四达到亮度低点时,至少有两个光变周期迭加,这种巧合才能解释为何这颗星会如此急遽地变暗。

古南查看了参宿四亮度变化周期的时间点,他发现参宿四的亮度变化如果与一个特别明显、为期约425天的光变周期相符,那么这颗恒星应该在2月底就会开始重新变亮。 的确,参宿四的亮度在最低点附近停留了一个星期左右,之后就开始变亮。

「我们认为亮度最低点会发生在2月20日前后几天,」古南表示,「我当然很开心自己的推测是对的,但我本来没那么开心,因为我当时内心还是希望这颗恒星会一直持续地变暗、变暗,最后发生超新星爆发,我真希望能看到这个景象。 」

恒星之谜

虽然古南的预测正确,但参宿四最近的亮度减弱之谜仍未完全解开。 当参宿四变暗时,天文学家将好几台最先进的天文望远镜转向这颗恒星进行仔细的观测,包括哈伯太空望远镜(Hubble Space Telescope)和位在智利的甚大望远镜(Very Large Telescope,简称VLT)在内。 最近天文学家将甚大望远镜对准参宿四时,他们发现这颗恒星与一年前的样貌大不相同。

2019年1月,这时的参宿四还没开始变暗,恒星的外观看起来几乎呈现球状,且亮度一致。 但2019年12月的影像显示,参宿四的形状变得更为椭圆,而且在南半球有个非常巨大的暗影区。

利用甚大望远镜研究参宿四的天文学家──比利时天主教鲁汶大学的米格尔. 蒙塔尔盖斯(Miguel Montargès)表示:「在恒星盘面上出现如此剧烈的变化,这是极为罕见的。 」

天文学家还不确定在这些影像中,究竟是灰尘挡住了部分的恒星光线,还是恒星本身的形状变化而导致亮度减弱。 有天文学家以参宿四发光最强的红外波段进行温度观测,发现参宿四看起来没有急遽的冷却现象。 有些科学家认为,如果恒星表面出现一个巨大而黯淡的对流胞,那么表面温度应该会下降才对。

巴黎天文台(Paris Observatory)的皮耶. 凯尔维拉(Pierre Kervella)利用甚大望远镜以红外光波段观测参宿四,他表示:「考虑亮度变化只发生在不太能穿透尘埃的较短波段,尘埃形成的解释似乎相当合理。 」

但古南对这个解释表示怀疑,「尘埃为什么会遵循这颗恒星425天的脉动周期呢? 」

我们要解开这个谜团还早得很,但古南和他的同事很感谢参宿四在他们还能观测时就再度变亮。 不久之后,这颗红巨星就会运行到太阳附近,隐匿在白昼强烈的日光之中,一直要到秋天才能再度进行观测。

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