參宿四“大變暗”謎題揭曉

本文來自微信公眾號(hào)：原理（ID：principia1687）,，作者：不二北斗，題圖來自：Wikipedia

一

參宿四,，位于地球數(shù)百光年之外,，是夜空中最耀眼的恒星之一。它的質(zhì)量是太陽(yáng)的十幾倍,，半徑是太陽(yáng)的幾百倍,，如果把它放在太陽(yáng)系的中心，它將吞沒所有四顆帶內(nèi)行星（如下圖）,。

圖片來源：ESO/L. Cal?ada

2019年末,，這顆位于獵戶座的紅色恒星開始出現(xiàn)了引人注目的變化——它的亮度突然下降！在接下來的幾個(gè)星期,，參宿四變得越發(fā)暗淡,。到了2020年2月中旬，這顆恒星的亮度已經(jīng)下降到其典型亮度的35%左右,，然后在接下來的幾個(gè)月里又迅速地恢復(fù),。

參宿四的“大變暗”吸引了許多人的關(guān)注，并引發(fā)了一系列的推測(cè),。在困惑之后,，天文學(xué)家鎖定了兩種可能性來解釋大變暗：一種是參宿四的表面出現(xiàn)了異常的冷區(qū)，另一種可能是一團(tuán)塵埃云遮蔽了參宿四,。

現(xiàn)在,，由天文學(xué)家Miguel Montargès領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上發(fā)表了他們的最新研究成果，他們認(rèn)為這兩種解釋都是正確的,，且是相互關(guān)聯(lián)的,。

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重試

二

參宿四的初始質(zhì)量大約是太陽(yáng)的20倍,。質(zhì)量越大的恒星意味著其演化的速度也越快,，相比于像太陽(yáng)擁有幾十億的壽命，它們的壽命往往只有幾百萬(wàn)年,。當(dāng)大質(zhì)量恒星的核心開始從氫聚變轉(zhuǎn)變?yōu)楹ぞ圩儠r(shí),，它們就進(jìn)入了恒星演化的下一個(gè)階段，膨脹變成紅超巨星,。參宿四就是一顆紅超巨星,，它們最終會(huì)產(chǎn)生壯麗的超新星，其核心會(huì)變成一顆中子星或黑洞,。

紅超巨星巨大而寒冷的外層會(huì)發(fā)生脈動(dòng),，并擁有少量巨大的對(duì)流元（因?qū)α鞫苿?dòng)的大量物質(zhì)）,。此外，外層的質(zhì)量損失也會(huì)導(dǎo)致在恒星的周圍環(huán)境中形成塵埃,。為紅超巨星的外層建模是極具挑戰(zhàn)性的,，因?yàn)橘|(zhì)量損失和塵埃產(chǎn)生的機(jī)制非常復(fù)雜。但是,，能夠更好地理解紅超巨星是非常有意義的,，因?yàn)樗鼈儗椭覀兏玫睦斫夂阈堑恼Q生和死亡周期，以及宇宙化學(xué)的演化,。

參宿四很大,，離我們也很近，所以它是為數(shù)不多可以被分辨成圓盤而不是一個(gè)點(diǎn)的恒星之一,。通過位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡的SPHERE儀器,，研究人員捕捉到了大變暗發(fā)生前（2019年1月）和發(fā)生時(shí)（2020年1月）的照片。在比較了這些圖像之后,，研究人員發(fā)現(xiàn)參宿四并不是均勻地在變暗,，而是主要集中在參宿四的南半球。

觀測(cè)表明,，參宿四的光的損失主要集中在南半球,。| 圖片來源：ESO/M. Montargès et al

三

先前的一些觀測(cè)表明大變暗很可能是由參宿四自身產(chǎn)的塵埃造成的，也有研究表明冷卻也在大變暗中扮演著重要角色,。那么,，參宿四的大變暗究竟是因其南半球表面的一個(gè)巨大對(duì)流元攪動(dòng)產(chǎn)生的短暫冷區(qū)導(dǎo)致的，還是因?yàn)樗灰粓F(tuán)塵埃遮擋住了,？Montargès的團(tuán)隊(duì)在對(duì)兩種情況建模并將模型與它們圖像進(jìn)行對(duì)比后,，解決了這種不確定性。他們得出的結(jié)論是,，塵埃是罪魁禍?zhǔn)?，但塵埃的出現(xiàn)與冷區(qū)的短暫出現(xiàn)有關(guān)。

觀測(cè)顯示,，在大變暗之前的某個(gè)時(shí)刻,，參宿四經(jīng)歷了一次質(zhì)量損失——它噴射出了一團(tuán)巨大的氣體。研究人員認(rèn)為,，在2019年末,，正常的脈動(dòng)行為和南半球的對(duì)流驅(qū)動(dòng)的冷區(qū)的結(jié)合開始使局部環(huán)境變冷。溫度的下降使該地區(qū)在近期釋放的氣體迅速凝結(jié)成固體塵埃,。這一過程產(chǎn)生了厚重的南方塵埃云，暫時(shí)擋住了參宿四的大部分光線,，從而使我們看到了大變暗,。

這對(duì)參宿四意味著什么,？2019年末，參宿四的異常使它迅速成為了頭條新聞,，部分原因是因?yàn)橐恍┤苏J(rèn)為大變暗或許預(yù)示著它即將在超新星爆炸中死亡,。自17世紀(jì)以來，在銀河系就沒有觀測(cè)到過超新星,，所以天文學(xué)家并不完全確定在超新星爆炸之前,，恒星會(huì)有什么表現(xiàn)。然而,，新的研究結(jié)果證實(shí)大變暗并非參宿四即將發(fā)生超新星爆炸的早期跡象,。

如果我們能夠知道參宿四在多少年內(nèi)會(huì)爆炸成為超新星，那將是非常奇妙的事情,。但目前我們對(duì)參宿四或者紅超巨星的了解還不足以支持我們做出精確地預(yù)測(cè),。雖然新的研究結(jié)果并不是爆炸性的，但卻為我們理解所有恒星的演化奠定了基礎(chǔ),。

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本文來自微信公眾號(hào)：原理（ID：principia1687）,，作者：不二北斗