很高興見到你，系外巨星

當(dāng)天文學(xué)家在涉及到太陽系之外的天文問題時(shí)，他們通常被迫根據(jù)他們所做的事情對他們不知道的事情進(jìn)行理論化。簡單的來說，他們必須依靠我們對太陽系中研究太陽與行星所學(xué)到的知識來對其它恒星系統(tǒng)及其天體是如何形成和演化的做出有根據(jù)的猜測。

打個(gè)比方，天文學(xué)家們已經(jīng)在對太陽的研究中發(fā)現(xiàn)對流在恒星生命中扮演的重要角色。但由于其它恒星系統(tǒng)與我們之間的距離與視野的模糊，導(dǎo)致天文學(xué)家們至今還不能對其它恒星進(jìn)行詳細(xì)的研究。然而，發(fā)生了一件史無前例的事情——一個(gè)國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)繪制了一顆距離我們530光年之外的紅巨星的表面詳細(xì)圖像。

這個(gè)研究成果隨后以《巨星表面的大肉芽細(xì)胞》為名，發(fā)表在了科學(xué)期刊《自然》（Nature）上。.這項(xiàng)研究由布魯塞爾自由大學(xué)的Claudia Paladini領(lǐng)導(dǎo)，成員們來自歐洲南方天文臺，尼斯索菲亞安蒂波利斯大學(xué)、佐治亞州立大學(xué)、格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)、烏普薩拉大學(xué)、維也納大學(xué)和其他高校。

甚大望遠(yuǎn)鏡拍攝的天鶴座紅巨星π1表面（歐洲南方天文臺ESO圖）

為了他們的研究，研究團(tuán)隊(duì)使用歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡干涉儀上的精密集成光學(xué)近紅外成像實(shí)驗(yàn)(pionier)儀器來觀測天鶴座巨星π1。這顆巨星距離地球530光年，位于星云星座，是一顆冷卻的紅巨星。雖然這顆巨星的質(zhì)量和我們的太陽一樣，但它的體積比我們的太陽大350倍，亮度亮幾千倍。

幾十年來，天文學(xué)家們一直試圖通過研究紅巨星，來更多地了解恒星的對流特性和演化。因?yàn)槌扌蔷褪侵餍蛐窃诤谋M氫燃料后的狀況，它們膨脹到正常直徑的數(shù)百倍。不幸的是，研究大多數(shù)超巨星的對流特性一直是個(gè)挑戰(zhàn)，其原因是它們的表面經(jīng)常被塵埃遮蔽。

研究小組在2014年9月獲得 π1星的干涉數(shù)據(jù)后，依靠圖像重建軟件和算法，合成了恒星表面的圖像。這使得研究小組能夠通過挑選出“顆粒”來確定恒星的對流模式，顆粒是表面上的大顆粒狀點(diǎn)，表明對流單元的頂部。

這是人們第一次創(chuàng)造出這樣的圖像，也是研究人員理解恒星如何老化和演化的一個(gè)重大突破。正如這項(xiàng)研究的合著者，喬治亞州立大學(xué)的助理教授Fabien Baron 博士所解釋的:“這是我們第一次看到這樣一顆巨大的恒星，它的細(xì)節(jié)層次得到了明確的描述。原因是我們可以看到的細(xì)節(jié)是有限的，基于用于觀測的望遠(yuǎn)鏡的大小。在這篇論文中，我們使用了一個(gè)干涉儀。通過將幾個(gè)望遠(yuǎn)鏡發(fā)出的光合在一起，從而克服了每個(gè)望遠(yuǎn)鏡的極限，來達(dá)到與一個(gè)更大的望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)?shù)姆直媛?。?img src="https://b2.sanwen.net/b_article/6548f9efd158cbed9616ee969db07870aa1a8a46.jpg">藝術(shù)家對地球進(jìn)入紅巨星分支階段時(shí)，被太陽烤焦的猜想圖 來源：維基共享資源/Fsgregs

這是一項(xiàng)意義重大的研究，因?yàn)?π1星球處于生命的最后階段，與我們的太陽在壽命結(jié)束時(shí)的樣子相似。換句話說，大約50億年后，當(dāng)我們的太陽耗盡其氫燃料時(shí)，它將明顯膨脹成為一顆紅巨星。此時(shí)，它將大到足以包圍水星，金星，甚至還有地球。

因此，研究這顆恒星將使科學(xué)家洞察到太陽未來的活動，特征和外貌。例如，我們的太陽有大約200萬個(gè)直徑為2000公里(1243英里)的對流單元。根據(jù)他們的研究，研究小組估計(jì) π1格魯斯的表面有一個(gè)復(fù)雜的對流模式，顆粒水平方向大約有1.2 x 10 ^ 8公里(62,137,119英里) ，或者說是恒星直徑的27% 。

這與天文學(xué)家所預(yù)測的一樣，巨型和超巨型恒星由于表面重力低，應(yīng)該只有少數(shù)大型對流單元。正如巴倫所說:“這些圖像很重要，因?yàn)樗谋砻骖w粒大小和數(shù)量實(shí)際上非常符合預(yù)測我們應(yīng)該看到什么的模型。這告訴我們，我們的恒星模型離現(xiàn)實(shí)并不遙遠(yuǎn)。我們可能正在正確的軌道上去了解這些類型的恒星?！?/p>

太陽和紅巨星的結(jié)構(gòu)圖，顯示了它們的對流區(qū)域。這是恒星外層的顆粒區(qū)域。來源：歐洲南方天文臺

這張?jiān)敿?xì)的圖片還顯示了恒星表面溫度的差異，從恒星表面的不同顏色可以看出這種差異。這也與我們對恒星的了解一致，恒星內(nèi)部的溫度變化表明了內(nèi)部正在發(fā)生的過程。隨著溫度的上升和下降，溫度越高，越多的液體區(qū)域變得越明亮(呈現(xiàn)白色) ，而溫度越低，密度越大的區(qū)域變得越暗(呈現(xiàn)紅色)。

展望未來，帕拉迪尼和她的團(tuán)隊(duì)，想要?jiǎng)?chuàng)造更詳細(xì)的巨型恒星表面圖像。其主要目的是能夠連續(xù)跟蹤這些顆粒的演變，而不僅僅是獲得不同時(shí)間點(diǎn)的快照。

根據(jù)這些相似的研究，我們不僅能更多地了解宇宙中不同類型恒星的形成和演化，我們也會更好地了解我們的太陽系面臨著什么。

BY:?Matt Williams

FY:?黃旻

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