參宿四近幾個月來一直令天文學(xué)家著迷，因?yàn)樗牧炼犬惓?qiáng)烈地下降然后又恢復(fù)?？茖W(xué)家們一直在討論一些情景，試圖解釋它的行為?，F(xiàn)在，由馬克斯·普朗克天文學(xué)研究所塔維莎·達(dá)馬瓦德納領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)：

參宿四表面極有可能是異常大的“恒星斑點(diǎn)”導(dǎo)致了變暗，其研究結(jié)果排除了之前的猜測，即是由參宿四噴出的塵埃，遮蔽了這顆恒星，像參宿四這樣的紅巨星會經(jīng)歷頻繁的亮度變化。

然而，參宿四的光度在2019年10月至2020年4月間大幅下降至正常值的40%左右，這讓天文學(xué)家們大吃一驚?？茖W(xué)家們已經(jīng)開發(fā)了不同場景來解釋這顆恒星亮度的變化，這顆恒星的亮度可以用肉眼看到，而且?guī)缀跤?00光年遠(yuǎn)。一些天文學(xué)家甚至推測一場即將到來的超新星爆炸。由海德堡馬克斯·普朗克天文研究所塔維莎·達(dá)馬瓦德納領(lǐng)導(dǎo)的一個國際天文學(xué)家小組現(xiàn)在已經(jīng)證明：

參宿四光球?qū)訙囟茸兓瘜?dǎo)致了亮度的降低，這種溫度變化最有可能的來源是巨大低溫的恒星黑子，類似于太陽黑子，這需要黑子覆蓋參宿四表面的50%到70%。像太陽這樣的恒星在生命末期會變成紅巨星，當(dāng)燃料供應(yīng)耗盡時，恒星釋放能量的過程就會改變。結(jié)果，恒星膨脹，變得不穩(wěn)定，以數(shù)百天甚至數(shù)千天的周期脈動，研究認(rèn)為這是引起參宿四亮度波動的原因。

超大規(guī)模的黑子（恒星）

參宿四是一顆所謂的紅超巨星，與太陽相比，它的質(zhì)量大約大20倍，體積大約大1000倍。如果放在太陽系的中心，它幾乎可以到達(dá)木星軌道。由于它的體積太大，恒星表面受到的引力比同等質(zhì)量但半徑較小的恒星要小。因此，恒星脈動可以相對容易地彈出這樣一些恒星的外層。釋放出的氣體冷卻并發(fā)展成天文學(xué)家稱之為塵埃的化合物。這就是為什么紅巨星是宇宙中重元素的重要來源，行星和生物最終都是從宇宙演化而來。

天文學(xué)家此前認(rèn)為，吸收光線的塵埃的產(chǎn)生，最有可能是參宿四亮度急劇下降的原因。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，塔維莎·達(dá)馬瓦德納和合作者評估了來自阿塔卡馬探路者實(shí)驗(yàn)(APEX)和詹姆斯·克萊克·麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡(JCMT)的新數(shù)據(jù)和檔案數(shù)據(jù)。這些望遠(yuǎn)鏡測量的輻射來自亞毫米波的光譜范圍(太赫茲輻射)，其波長比可見光的波長大一千倍。天文學(xué)家用肉眼看不見的星際塵埃，研究星際塵埃已經(jīng)有一段時間了，尤其是冷塵埃會在這些波長發(fā)光。

令研究人員驚訝的是：參宿四即使在亞毫米波范圍內(nèi)也會變暗20%。經(jīng)驗(yàn)表明，這種行為與塵埃的存在是不相容，為了進(jìn)行更精確的評估，科學(xué)家計(jì)算了塵埃會對這一光譜范圍內(nèi)的測量產(chǎn)生什么影響。事實(shí)證明，亮度在亞毫米范圍內(nèi)的降低，確實(shí)不能歸因于塵埃量的增加。相反，一定是恒星本身造成了天文學(xué)家測量的參宿四亮度變化。物理定律告訴我們，恒星的光度取決于直徑，特別是恒星表面溫度。如果只有恒星的大小減小，所有波長的光度都會相等地減小。

理論與觀測一致

然而，溫度變化對沿電磁頻譜發(fā)射的輻射的影響不同，在可見光和亞毫米波中測量到的變暗，因此是參宿四平均表面溫度下降的證據(jù)，研究人員將其量化為200K。來自歐洲南方天文臺(ESO)的合著者Peter Scicluna解釋說：然而，溫度分布不對稱的可能性更大。2019年12月參宿四相應(yīng)高分辨率圖像顯示了不同亮度的區(qū)域，加上新研究結(jié)果，這清楚地表明，巨大的恒星黑子覆蓋了可見表面的50%到70%，溫度低于更亮的光球?qū)印?/p>

恒星恒子在巨星中很常見，但沒有這么大的規(guī)模，但理論模型計(jì)算似乎與參宿四亮度下降的持續(xù)時間相一致。我們知道太陽黑子的數(shù)量在11年周期中增加和減少，巨型恒星是否有類似的機(jī)制尚不確定。這一點(diǎn)的一個跡象可能是之前的亮度最低值，它也比前幾年的亮度最低值要明顯得多。但未來幾年的觀察將告訴我們參宿四亮度急劇下降是否與一個恒星黑子周期有關(guān)。無論如何，參宿四仍將是未來研究一個令人興奮的對象。

博科園｜研究/來自：馬克斯·普朗克學(xué)會

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab9ca6

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