红色超巨星“跳舞”是因为它们有太多的气体？
科学家终于可以解释为什么一些大质量恒星看起来在天空中跳舞，尽管它们实际上并没有移动：根据一项新的研究，这些恒星有不同寻常的气泡内脏，导致它们的表面抖动，从而改变了它们发出的光量。
跳舞的恒星被称为红色超巨星，这是一种巨大的恒星物体，当它们接近生命的尽头时会膨胀和冷却。这些恒星的质量约为太阳的8倍，直径可达太阳的700倍，这相当于太阳表面超出了火星的轨道(在此过程中吞没了水星、金星、地球和红色星球)。然而，尽管它们身材庞大，这些慢慢死去的庞然大物却很难精确定位。
天文学家通常可以通过识别恒星的光心或其发出的光的中心点来确定恒星的近似精确位置，该点通常与其重心或引力中心完全一致。在大多数恒星中，照相中心占据固定的位置。但是在红巨星中，这个点似乎在恒星中摇摆，随着时间的推移从一边到另一边轻微移动。这种运动使得很难精确定位恒星的重心，而重心可以提供恒星精确的宇宙地址，并且不会像晃动的照片中心那样四处移动。
在这项新的研究中，研究人员将跳舞的红色超巨星与较小的主序星或处于稳定阶段的恒星进行了比较。科学家们利用欧洲航天局(European Space Agency)盖亚空间天文台(Gaia space observatory)的数据，观察了英仙座星团(Perseus stable cluster)中的恒星，该区域有大量恒星，尤其是红色超巨星，距离太阳系约7500光年。
“我们发现红色超巨星的位置不确定性比其他恒星大得多，”研究的合著者罗尔夫·库德里茨基(Rolf Kudritzki)在一份声明中说，他是夏威夷大学的天文学家，也是德国慕尼黑天文、粒子和生物物理研究所的主任。
为了弄清这些恒星如此不稳定的原因，该团队创建了红色超巨星表面的强度地图，计算辐射测量值，并使用流体动力学模拟来显示恒星3D皮肤的变化。
这些地图显示，红色超巨星的表面非常动态，块状气体结构随着时间的推移而消长，辐射出比其他表面区域更强烈的能量爆发。这些短暂但高强度的结构比恒星表面的其他部分更明亮，这导致了光心的移动；如果一个明亮的结构在红巨星的左侧爆发，照片中心也会向左移动。
红巨星的巨大体积可以解释为什么会发生这种情况。大多数恒星的外壳由数千个相邻的对流单元组成——拉长的旋转气体袋，主要是氢气和氦气，将较热的气体从恒星内部循环到其外部表面，在那里冷却并下沉，有点像熔岩灯内的气泡。
但是由于红色超巨星如此巨大，其表面的引力比核心要弱得多。因此，它们的对流胞比其他恒星大得多，占据了红巨星实际半径的20%到30%,或者直径的40%到60%。根据这项研究，更大的对流单体可以将更多的气体输送到恒星表面，这就是为什么会产生强烈明亮的结构，导致它们的光中心发生变化。
该小组的数据显示，这些表面结构的大小可以有所不同，这决定了它们能存在多久。“最大的结构在几个月甚至几年的时间尺度上演化，而较小的结构在几周的时间内演化，”首席研究作者安德里亚·基亚瓦萨在声明中说，他是法国尼斯拉格朗日实验室和慕尼黑MPIA天文物理研究所的天文学家。他补充说：“这意味着恒星照片中心的位置在不断变化。”
天文学家怀疑红巨星在星系演化中扮演了重要角色；巨大的星体喷射出大量的气体和重元素，这些对新恒星和系外行星的诞生非常重要。超巨星明亮和巨大的表面结构可能在喷射这些重要物质中发挥了作用，未来对恒星抖动的研究可能有助于准确解决这种情况。
“天空中红色超巨星的舞蹈模式可以让我们更多地了解它们沸腾的信封，”研究合著者兼MPIA主任塞尔玛·德·明克在声明中说。“我们将能够提取有关恒星动力学的重要信息，并更好地理解导致这些恒星中强烈对流的物理过程。”
