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参宿四是一颗红巨星,位于猎户座左肩。(图片鸣谢:Alan Dyer/VW PICS/环球图像集团via Getty Images)
(神秘的地球uux.cn)据美国太空网(Tereza Pultarova):夜空中最亮的恒星之一变得越来越亮,引发人们猜测它可能很快会爆炸成为超新星。我们真的应该期待如此耀眼的天体奇观吗?
讨论中的恒星是参宿四,一颗巨大的略带红色的恒星,位于不可错过的猎户座左肩。参宿四距离地球大约650光年,通常是夜空中第十亮的恒星。然而,根据追踪该恒星行为的Twitter账户参宿四状态,自4月初以来,该恒星已攀升至第七位,目前的亮度超过其“正常”亮度的140%。
参宿四是一颗红巨星,这颗巨大的恒星已经燃尽了其核心的所有氢燃料,并膨胀了数百倍,超出了它最初的外壳。天文学家认为,这颗恒星现在正在将氦融合成碳和氧,这是恒星生命中持续几万到几十万年的一个阶段,是恒星在超新星爆炸中灭亡的前一个阶段。参宿四最近的古怪行为可以追溯到2019年,这让一些人猜测,它壮观的死亡时刻可能就在附近。如果参宿四爆炸,这将是400多年来最近的一次超新星爆炸,它将如此明亮,甚至在白天也能看到。
大变暗
参宿四是一颗变星,以明亮和暗淡周期之间的规则振荡而闻名。100多年来,天文学家观察到参宿四每400天变亮一次,然后亮度下降到峰值的一半左右,然后又变亮。但在2019年12月,这颗恒星出人意料地变暗,比以往任何时候都更暗,比通常最暗的亮度低2.5倍。这一事件的起因被称为“大变暗”,后来被追溯到恒星内部物质的大量排出,产生了巨大的尘埃云,随后遮蔽了我们对恒星的观察。
寿命终止
尽管参宿四已经恢复了它通常的亮度,但自从大变暗以来,这颗恒星已经完全不是它原来的样子了。它400天的亮度振荡周期已经减半至200天,除此之外,这颗恒星现在似乎正在经历让天空观察者兴奋的额外变亮。然而,Space.com采访的天文学家们正在降低对超新星的预期。
哈佛大学理论天体物理学博士后摩根·麦克劳德(Morgan MacLeod)告诉Space.com:“我们最好的模型表明,参宿四正处于其核心燃烧氦成为碳和氧的阶段,”他是最近一项关于参宿四大变暗研究的主要作者。“这意味着,如果这些模型是正确的,离爆炸还有几万年甚至十万年的时间。”
麦克劳德解释说,当恒星耗尽氢并开始在其核心融合氦时,其正常寿命就会结束,而作为红巨星的扩展寿命会持续到氦燃烧阶段之后。随着氦的消失,恒星将通过燃烧碳和氧生成氖和镁,然后燃烧成硅来维持自身。最终,恒星的核心充满了铁。这就是烟火开始的时候。
“给铁原子添加氦核实际上是提取能量,而不是释放能量,”麦克劳德说。“所以突然间,恒星的中心开始吸收能量,而不是释放巨大能量的反应。当这种变化发生时,恒星的中心会从内向外塌缩,这就导致了我们所说的核心塌缩超新星。”
凹凸不平的参宿四是已知最大的恒星之一。这里可以通过智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列看到它。(图片鸣谢:阿尔玛(埃索/纳奥伊/NRAO)/e·奥格曼/p·克韦拉)
恒星死亡的时间表
虽然恒星生命中的氢燃烧阶段可以持续数十亿年,但随后的每个阶段都越来越短。
“氦燃烧阶段长达几十万年,”米格尔·蒙塔格斯告诉Space,他是巴黎天文台空间研究和天体物理仪器实验室的天文学家,也是欧洲研究参宿四的主要专家之一。
“然后下一个阶段会持续一万年,然后几千年,然后是一个世纪,最后一个阶段只是爆炸前的几天和几小时。”
像麦克劳德一样,蒙塔格斯认为参宿四还有几千年的寿命,而且对最近意外的光亮并不关心。事实上,这颗恒星以前也曾如此明亮,他说,尽管只是短暂的时间。
“如果我们将当前的变亮与大变暗进行比较,它真的可以忽略不计,”蒙塔格说。“在大变暗期间,星等(恒星亮度的一种度量,与可见光亮度成对数反比)从0.8下降到1.75。另一方面,通常的峰值亮度约为0.3,而现在我们只有0.1左右。”
恢复正常
在5月16日发布在在线知识库Arxiv上的论文中,麦克劳德和他的同事们没有预期会出现超新星,而是预测参宿四将在未来5到10年内恢复正常,将其变亮和变暗的周期放缓至正常的400天。
“我们认为周期持续时间的变化与导致大变暗的事件有关,”麦克劳德说。“我们认为,在变暗之前,恒星内部破裂的巨大气泡导致恒星的外壳和内部向相反的方向移动,因此,恒星现在的脉动速度是正常周期的两倍。”
参宿四是一颗巨大的恒星。如果我们把它放在太阳系的中心,它会一直延伸到木星。这颗恒星的大小,加上它在我们银河系中的位置,使得天文学家能够比大多数恒星更详细地研究参宿四。
麦克劳德说:“除了我们的太阳,大多数恒星根本无法进行任何细节的研究。”“我们只把它们看作点光源。但是参宿四足够大,我们可以用哈勃太空望远镜和射电望远镜来分辨它。”
这些图像揭示了一个非常不同于我们太阳的惊人天体。参宿四不是一个光滑的超高温等离子体球体,而是一团沸腾的气泡,其中一些气泡有一颗小恒星那么大。巨大的炽热物质从参宿四的核心上升到表面,然后冷却并消失在内部。这就像大剂量类固醇下的太阳周期。每隔几个世纪,参宿四就会喷出一个巨大的气泡,随之而来的是一次巨大的变暗。但这一切并不意味着这颗恒星即将爆炸。当然,除非天文学家的假设是错误的。参宿四在2019年末和2020年初的大变暗完全出乎意料。(图片来源:ESO/M. Montargès等人)
如果参宿四将要变成超新星,我们会知道吗?
由于我们最好的望远镜的能力,天文学家可以很好地看到参宿四外层发生的事情,以至于他们可以测量恒星大气的化学成分。然而,他们无法知道恒星核心内部到底发生了什么。真的是烧氦气吗?还是已经转而融合碳了?如果是这样,我们怎么知道?
蒙塔格说,我们对参宿四的许多假设来自我们对其他红巨星的观察。例如,另一个被称为VY CMa的银河系红巨星,距离地球3900光年,位于犬星座,被认为比毕宿五更接近它的死亡时刻。但与明亮的参宿四不同,在过去的100年里,这颗恒星一直在变暗。
“一百年前,VY CMa曾经是肉眼可见的,”Montargès说,“但是它排出了如此多的物质,以至于我们现在只能在红外线下才能看到它。当恒星接近超新星爆发时,我们预期会看到这种物质的排出。VY CMa已经去除了大约60%的原始物质,而参宿四仍然有95%的原始物质
这位天文学家补充说,根据历史记录,直到2000年前,参宿四曾被描述为一颗黄色的星星,当时诗人开始将其描述为红色。蒙塔格认为,这可能表明参宿四只是处于红巨星的早期阶段。
第二个太阳
但是蒙塔格斯理解人们对参宿四可能死亡的兴奋。当这颗恒星最终爆炸时,它会成为几个月的头条新闻。
“当它发生时,这颗恒星将变得像满月一样明亮,只是它将集中在一个点上,”蒙塔杰说。“在大约两个月的时间里,它将会非常明亮,如果你关闭一个城市的所有灯,并且没有云,你将能够在超新星的光线下阅读一本书。它将会非常明亮,在白天也能看得见。白天会有另一颗星星在天空中闪耀。”
幸运的是,虽然参宿四离地球很近,但它离地球太远了,所以它的爆炸不会对我们造成危险。据EarthSky报道,天文学家认为,一颗巨星必须在距离我们星球160光年的范围内爆炸,我们才能感受到爆炸的影响。
银河系中已知的最后一颗爆发的超新星是SN 1604,也被称为开普勒超新星。它是以天文学家约翰尼斯·开普勒的名字命名的,他在他的书《新星》中描述了它
根据历史记录,这颗超新星距离地球的距离是参宿四的30倍,在白天的三个多星期里仍然可见。
蒙塔格预计参宿四将很快回到它的极限范围内。在接下来的几个月里,这颗恒星将看不到,因为它离太阳太近了。天文学家将不得不等到夏末来检查它的进展。
“如果到了9月,它仍然像现在一样亮,或者更亮,那么我们应该开始想知道发生了什么,”蒙塔杰说。“但从我的角度来看,我不认为现阶段它有那么有趣。”
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