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參宿四不會超新星爆發(fā)了！它變暗的原因，是長了巨型“雀斑”

2021.03.22

從去年開始，這顆夜空中最亮天體之一的參宿四就開始逐漸變暗，從0.5等星降為1.7等，亮度差了3倍。我們知道，直徑達(dá)到太陽約900倍的參宿四是一顆紅超巨星，它已經(jīng)進(jìn)入到了演化的末期，很有可能會發(fā)生超新星爆發(fā)，結(jié)束自己的生命。因此，它的亮度變化讓人不禁懷疑：它真的要結(jié)束了嗎？

大部分人都期待看到它的死亡，因為誰也沒親眼見過超新星爆發(fā)是什么模樣的。尤其對于天文學(xué)家來說，如果能夠親眼目睹一次，那么將非常有利于我們了解恒星的演化過程。

（圖片說明：紅外望遠(yuǎn)鏡WISE拍攝的參宿四，并渲染為藍(lán)色）

不過，令人遺憾的是，當(dāng)我們對超新星爆發(fā)充滿期待的時候，參宿四居然從今年2月25日開始重新被“點亮”。科學(xué)家們對此表示“遺憾”的同時，也思考著該如何解釋這個現(xiàn)象。3月份的時候，有兩位科學(xué)家發(fā)表了他們的研究成果，指出：參宿四之所以在幾個月的時間內(nèi)出現(xiàn)了亮度的下降，或許只是來自于塵埃的遮蔽。

你可能會好奇：這是多重的灰塵才能遮擋住一顆恒星啊！實際上，宇宙中的塵埃和我們所說的塵埃完全不是一個概念，它們都是彌散在宇宙空間的物質(zhì)。分布范圍極廣，所以可以遮擋住宇宙中的光芒。

（圖片說明：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的參宿四以及它在夜空中的位置）

來自華盛頓大學(xué)的Emily Levesque解釋說：“我們在紅超巨星身上總能看到類似的情況，這是它們生命周期的一部分。紅超巨星表面經(jīng)常有物質(zhì)會脫落下來，它們會以塵埃的形式凝聚在恒星的四周。在冷卻和消散的過程中，它們會吸收一些射向我們的光線，阻礙我們的觀測。”

參宿四就是典型的紅超巨星，由于大部分燃料都已經(jīng)燃燒，引力帶來的壓力和內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的向外膨脹的力開始不再平衡。在這種情況下，它們就會發(fā)生脈動，其周期可以達(dá)到幾百甚至幾千個地球日。而在我們看來，這就集中表現(xiàn)在亮度上。當(dāng)兩股力量略微失衡時，就會有物質(zhì)從紅超巨星表面脫落，形成科學(xué)家所說的遮擋它的塵埃。

（圖片說明：獵戶座分子云，左上方紅色的就是參宿四）

因此，對于參宿四變暗的現(xiàn)象，我們也不必那么意外。只不過，對于這個物質(zhì)脫落的過程，我們還沒有完全理解。最近，馬克斯·普朗克天文學(xué)研究所的Thavisha Dharmawardena和他的同事們，利用詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡和阿塔卡馬探路者實驗（APEX）望遠(yuǎn)鏡在亞毫米波范圍內(nèi)的觀測數(shù)據(jù)，重新審視了參宿四變暗的過程，并將研究成果發(fā)表在了《天體物理學(xué)雜志》上。

我們知道，波長較長的電磁波更容易繞過障礙。因此，他們才選擇了比可見光更長的亞毫米波，利用其他人在這個波段對參宿四長達(dá)13年的觀測資料，分析它變暗的現(xiàn)象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：參宿四在亞毫米波段也變暗了20%。既然拋開塵埃的因素它依然失去了一些亮度，那就意味著：參宿四的變暗不是塵埃遮擋那么簡單，一定還有其他原因。

（圖片說明：參宿四的藝術(shù)假想圖）

既然塵埃解釋不了參宿四變暗的原因，那么科學(xué)家們只能考慮恒星本身的因素了。該研究團隊認(rèn)為，參宿四表面出現(xiàn)的大型恒星斑或許是使它變暗的主要因素。這些恒星斑不是一般的大，甚至可能覆蓋了它表明的50%-70%。而且，這不是一個恒星斑，而是分布在各處的多個恒星斑，每一個都異常巨大，因此導(dǎo)致參宿四變暗。

這個想法相當(dāng)大膽，畢竟我們此前還沒有發(fā)現(xiàn)過規(guī)模如此驚人的恒星斑。即使是太陽活動最劇烈的時候，黑子也不可能占到如此大的比例。而且，這個恒星斑的絕對面積也極其驚人，按照說的這個數(shù)字，用幾十萬個太陽才可能填滿這個范圍！因此，他們必須要給出合理的解釋才能說服別人。

（圖片說明：歐洲南方天文臺在2019年12月利用甚大望遠(yuǎn)鏡拍攝的參宿四及其周圍的紅外光，這是參宿四表面脫落的物質(zhì)進(jìn)入太空中形成的結(jié)構(gòu)。由于恒星本身過于明亮，所以科學(xué)家用黑色圓盤遮擋住，才看見了周圍較暗的塵埃羽狀結(jié)構(gòu)。中間的橙色圓點是參宿四，雖然在這張圖里看起來很小，但是它的半徑和木星到太陽的距離差不多。）

首先，我們要知道恒星的光度取決于哪些因素。注意，這里我們說的不是在地球上看到的亮度，而是它的絕對光度。實際上，一顆恒星的光度取決于兩個因素，一個是尺寸，另一個就是溫度。更龐大的恒星有更巨大的表面積，向外釋放的光也更多，因此更亮。另外，溫度越高，也能釋放出更強的光能。

（圖片說明：太陽黑子）

因此，當(dāng)一顆恒星溫度發(fā)生變化的時候，它的亮度也會發(fā)生變化。比如我們經(jīng)常說到的太陽黑子，并非真的是黑色，只不過溫度比周圍區(qū)域低，所以被反襯得好像變暗了。

研究人員據(jù)此認(rèn)為，參宿四之所以看起來變暗了，很可能就是它表明出現(xiàn)了巨大的恒星斑。他們還做了相關(guān)的計算，認(rèn)為這些恒星斑的溫度大約比平時低了200℃，由此造成了我們看到的亮度下降的幅度。同時，這種溫度的下降在整個星球表面并不均勻，因此才出現(xiàn)了一塊一塊的恒星斑。

（圖片說明：左圖為2019年1月拍攝的參宿四，右圖拍攝于2019年12月）

歐南臺利用SPHERE相機拍攝的參宿四亮度對比，也有力地證明了他們的猜想。從上圖中我們可以看到，參宿四變暗的只是它的一部分，這些變暗的部分可能就是它的恒星斑。

可以說，參宿四是我們除太陽以外，了解最多的一顆恒星了。但是，我們?nèi)匀挥泻芏嚓P(guān)于它的謎題無法解答。我們知道，太陽的活動周期大約為11年，那么，參宿四這樣的紅超巨星是否也有類似的周期性活動呢？這一段時間的亮度變化，是否能夠證明這一點呢？

（圖片說明：科學(xué)家猜測的參宿四表面恒星斑）

關(guān)于這些問題，科學(xué)家們?nèi)匀恍枰ㄟ^更多對于參宿四的觀測來解答。由此看來，雖然錯過了超新星爆發(fā)的壯麗景觀，但參宿四巨大的體積對于我們來說，仍然是了解恒星的一個絕佳對象，它的存在給我們提供了大量的研究機會。因此，不論它是否會爆發(fā)，對于科學(xué)家來說，都是宇宙給我們的一個了解它的最佳機會。

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