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猎户座红超巨星参宿四正在走向生命终点 以奇怪方式变暗

猎户座红超巨星参宿四正在走向生命终点以奇怪方式变暗

猎户座红超巨星参宿四正在走向生命终点以奇怪方式变暗(Credit: ESO/M. Montargès et al.)

据cnBeta:外媒BGR报道,在2019年年末出现的一个有趣的天文学故事是附近的一颗叫做参宿四(Betelgeuse)的恒星的怪异行为。它位于距地球520至650光年的某个地方。几个月前,科学家们提醒我们,参宿四正变得越来越暗。这颗巨大的恒星目前是一颗红超巨星,它似乎正在变暗这一事实暗示着许多可能的结果,包括可能的坍塌和超新星爆炸。现在,在进行了数周的观察之后,研究人员发现参宿四不仅仅是变暗,而且还以一种非常奇怪的方式变暗。

正如SYFY Wire的 Phil Plait报道的那样,超大型望远镜捕获的高分辨率图像显示,参宿四确实在变暗……但实际上只有一部分亮度发生了变化。

欧洲南方天文台写道:“位于猎户座的红超巨星参宿四一直在经历着前所未有的变暗。去年年底用ESO超大型望远镜上的SPHERE仪器拍摄的这张令人震惊的恒星表面图像,是旨在了解恒星逐渐变暗原因的观测活动中的首批观测结果之一。与2019年1月拍摄的图像相比,它显示了恒星变暗的程度以及其外观形状如何变化。”

因为只有一部分恒星的亮度发生变化,所以它的形状似乎发生了变化,从而使其具有椭圆形外观,而不是更均匀的圆形形状。

正如Plait所指出的,目前没有人能够确定原因,但是一种可能性是,这颗红超巨星的表面已经被特别大的黑子遮蔽。我们自己的恒星会不时出现黑子,但它们通常很小。在像参宿四这样的恒星上,情况可能截然不同,磁力可能会产生特别大的太阳黑子,实际上使整个恒星显得亮度降低。

相关报道:参宿四即将成为超新星?忽明忽暗不是爆发的“真凭实据”

据科技日报:作为一颗红超巨星,参宿四正在走向生命终点。目前它表现出的明暗变化,是超新星爆发的前兆吗?冬季是观赏猎户座的好时节。细心的你,在冬季仰望星空时,肯定会注意到猎户座左肩位置那颗红色的星星。它就是大名鼎鼎的参宿四,冬季夜空里最亮的恒星之一。最近,参宿四的一些奇怪“举动”,引起了天文学家和天文爱好者的密切关注。人们猜测,忽明忽暗的它,是不是即将或已经爆发成了超新星?如果不是,参宿四亮度变化的原因有哪些?对超新星爆发进行早期监测有着怎样的科学意义?

带着这些问题,科技日报记者采访了相关专家。

小幅度亮度变化不能说明即将爆发

从2019年10月开始,参宿四一直在变暗。今年1月底,它突然开始变亮了。有人认为,这是超新星爆发的前兆,甚至猜测它已经爆发,成了一颗超新星。

“要判断它是否真的已经爆发为超新星,必须等几天,因为超新星爆发之后10天左右,甚至5天左右,会比爆发前亮大约几万倍以上。”天体物理学博士王善钦表示。

事实上,在经历短暂变亮后,参宿四不仅没有继续增亮,反而又暗了下去。2月2日,它的亮度降到了1.6等左右。在王善钦看来,之前的变亮只是它的常规变化行为,并不是因为它已经爆发为超新星。

作为一颗红超巨星,参宿四正在走向生命终点。目前它表现出的明暗变化,是超新星爆发的前兆吗?

“半径的变化会使参宿四的亮度发生明暗交替变化,历史上人类监测到它至少发生过1个星等的变化,所以目前出现的小幅度亮度变化并不能直接说明它即将爆发。”中国科学院国家天文台副研究员张天萌分析道。

红超巨星是恒星演化到生命末期的结局之一,其大小可能会超过数百倍太阳半径。因为其内部核反应的燃料已经逐渐耗尽,引力和辐射压的平衡随时会被打破,所以处于一个极不稳定的阶段。

红超巨星的半径会随着时间不断变化。引力占上风的时候,它开始收缩,随着辐射压的回升,它又会膨胀。直到引力的优势越过某个平衡点,整个恒星彻底塌缩,最终形成超新星爆发。但在最终爆发之前,半径的变化会持续几十万年。

相对于短暂变亮,参宿四目前的主要趋势仍然是变暗。那么,持续变暗意味着什么?

在王善钦看来,参宿四走过了近千万年的岁月,而人类记载它亮度变化的历史不过几百年而已。也许它在此前就多次变暗,只是人类没发现或者没有记载,所以才觉得这次的变暗的程度特别夸张。

“持续变暗,也可能说明它正加速走向生命终点。当前的理论并没有预测大质量恒星在即将死亡时会持续变暗,因此我们并不能断言它会立即爆发为超新星。”王善钦指出。

超新星爆发时间难以准确预测

参宿四距离地球约700光年,从天文学尺度来看,这是一个相对近的距离。假如它爆发为超新星,人类用肉眼就可以见证一次壮观的银河系内超新星爆发。上一次人类观测到银河系内超新星爆发还是在1604年,当时被观测到的超新星被命名为“开普勒超新星”。

对于超新星爆发这一天文奇观,人们自然充满期待。那么,参宿四到底什么时候会发生超新星爆发?

“大质量恒星演化的尺度是几百万年,即使确定其到了末期,当前的理论也无法精确预测到年的量级,所以超新星爆发的精确时间难以预测。我们只能说它很可能在未来十几万年内爆发,但无法说它会在哪一年爆发。”王善钦表示。

有科学家估算过,现在人类可观测到的宇宙中,平均每1秒钟就有1颗超新星爆发。但因为它们都处于遥远的星系中,肉眼很难看到。天文学家并不能预知某个位置会有超新星爆发,因为它在爆发前根本无法观测到。

寻找超新星并不是件容易的事情。张天萌介绍,超新星的发现需要用望远镜对大范围的天空进行长期重复性的观测,利用计算机软件进行图像处理,找到其中发生变化的亮点。望远镜每拍摄1张照片,可能会发现上千个变化的亮点,其中有宇宙线、移动天体、活动星系核、变星,甚至于望远镜自己的瑕疵等,所以需要进行复杂的判断和筛选,才能找到超新星候选体。对于这些候选体,还要更进一步拍摄追踪其光谱和光度随时间的变化,才能最终确认它是一颗超新星,并用于科学研究。

“一方面超新星爆发时间难以准确预测;另一方面,绝大部分超新星爆发发生在银河系之外,非常遥远,在爆发后几小时左右甚至几天以上才会亮到足以被望远镜观测到。因此,目前对超新星爆发早期的观测数据确实比较少。”王善钦指出。

爆发早期数据有助于揭示前身星性质

超新星爆发是恒星演化的最后一步,其极早期的数据可以为天文学家了解恒星在生命终点是如何演化提供线索。

“大质量恒星在爆发前一段时间会通过星风抛出大量物质,超新星爆发后极早期的激波穿过这些物质并与其发生相互作用,会在光谱和测光数据上留下痕迹。利用这些数据可以推断抛出物质的成分和空间分布,对恒星演化模型进行校正。”张天萌介绍。

有些超新星是爆发在双星系统中,比如Ia型超新星。目前还没有直接观测证据指出Ia型超新星的伴星是什么类型的恒星。如果有超新星爆发后极早期的观测数据,就有可能探测到爆发激波与伴星的相互作用,进而确定伴星的大小、轨道半径等信息,为超新星前身星的爆发模型给出很好的限定。

同样,王善钦也认为,通过超新星早期观测数据,有助于天文学家揭示出其前身星周围介质的物理性质,也有助于推断其内部合成放射性元素的具体性质,比如放射性元素的质量与放射性元素在超新星喷射物内的分布情况。

为了更多地掌握超新星爆发早期的数据,天文学家开展了相关工作。随着大视场望远镜和探测器的增多,科学家重复监测夜空的频率越来越高,将有更多的超新星在爆发后1天之内被发现。

对超新星爆发早期观测最成功的望远镜之一是已经退役的开普勒太空望远镜,其主要任务是搜索系外行星。它对天空中的某些区域每隔半个小时左右重复观测一次,因此很幸运地捕捉到多颗超新星在爆发极早期的数据,比如2018年发现的SN 2018oh,在爆发后一天内就被发现。

虽然开普勒望远镜观测到多颗超新星,也几乎是完全覆盖了爆发早期,但参宿四比它们都要近得多,因此天文学家对它尤为关注。

“参宿四距离地球很近,它一直是肉眼可见的,科学家也一直在监测它。如果它爆发为超新星,此后变亮的每一个阶段都可以被看到,天文学家可以得到非常完整的观测数据。”王善钦指出。另外,由于它很近,地球上的几个中微子探测器可以非常容易地探测到它爆发后发出的中微子,并通过这些中微子来研究此类爆发的重要性质。此前被探测到中微子的超新星只有1987年发现的SN 1987A,它与地球的距离大约是17万光年。

机器头条新闻 news.ji-qi.com)综合整理。

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