參宿四可能比之前認(rèn)為的距離更近25%

參宿四經(jīng)歷了兩次變暗。眾所周知，它是天空中最亮的十顆恒星之一，天體物理學(xué)家和天文學(xué)家都忙著試圖了解這顆紅色超巨星發(fā)生了什么。各種各樣的研究得出了一些答案：巨大的星斑，堆積的塵埃，超新星爆前的震動。

? ? ? ?

? ? ?

?

?

現(xiàn)在一項(xiàng)新的研究給我們對參宿四的了解提供了另一種思路。作者說參宿四比之前認(rèn)為的更小更近。這項(xiàng)新的研究名為《站在巨人的肩膀上:結(jié)合演化、星震和臺地水動力模擬對參宿四質(zhì)量和距離進(jìn)行重新估計》。第一作者梅里迪斯·喬伊斯(Meridith Joyce)博士是澳大利亞國立大學(xué)(AustralianNational University)的恒星物理學(xué)和銀河考古學(xué)博士后研究員。這篇論文發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。在這篇新論文中，作者希望利用新的觀測數(shù)據(jù)和三種不同的建模技術(shù)對附近的紅色超巨星參宿四進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。他們進(jìn)行了水動力和地震模擬，以了解更多關(guān)于驅(qū)動參宿四脈動的物理，并更清楚地了解參宿四所處的生命階段。

? ? ? ?

? ? ?

參宿四作為天空中最亮的第十顆星星，早早便引起了我們的注意。參宿四是一顆變星，同時在紅外波段它是天空中最亮的恒星。它位于獵戶座的顯著位置，其獨(dú)特的紅色色調(diào)使它自古以來就成為大家所著迷的對象。為人所熟悉的獵戶座，我們可以清晰地看到其腰帶，自然位列其中的參宿四(左上角的紅星)和參宿七(右下角的亮藍(lán)色星)也可以看到。參宿四作為一顆變星，其亮度有時會發(fā)生變化。從去年年底開始，這顆恒星有了新的表現(xiàn)。首先，它變得越來越暗，在2020年2月初，亮度減弱到只有正常亮度的37%左右。直到2020年5月底，它的光芒再次點(diǎn)亮。接著，又陷入黯淡。

? ? ? ?

? ? ?

? ? ? ?

? ? ?

因此，他們能夠得到一個精準(zhǔn)的有關(guān)恒星半徑的預(yù)測。他們也能得到更準(zhǔn)確的質(zhì)量、距離和周期測量。

在一篇新聞稿中，Joyce博士曾說：“通常來講，參宿四是天空中最亮的恒星之一，但是自從2019末，我們觀測到兩次參宿四亮度的降低。這一現(xiàn)象引出一種推測，那就是參宿四有可能將要爆炸。但是我們的研究又提供了一種不同的解釋?！?/span>

Joyce博士還解釋道，“我們發(fā)現(xiàn)第一次的變暗現(xiàn)象和塵云有關(guān)。第二次較小型的變暗可能是由于恒星的脈沖。“

? ? ? ?

? ? ?

根據(jù)這些結(jié)果，參宿四還完全不接近一個即將爆炸的超新星。這個恒星內(nèi)部仍在燃燒氦氣，爆炸還是幾百世紀(jì)以后的事。

“它的內(nèi)部目前在燃燒氦氣，意味著它還不接近爆炸”，?Joyce博士說，“離爆炸發(fā)生可能還有10萬年。”

紅超巨星會在一百萬或者兩百萬年間耗盡內(nèi)核中的氦氣。在那以后，它們會開始進(jìn)行碳融合。緊接著，它們會融合越來越重的元素，直至內(nèi)核形成鐵。在此之后，它們不可避免的塌陷、爆炸，既而形成超新星。

? ? ? ?

? ? ?

在紅超巨星最終引力坍塌之前，它的內(nèi)核就像是一個洋蔥。鐵內(nèi)核被一層一層的硅、硫、洋氣、氖氣、碳，混合著一些氧氣、氦氣，最后是一些氫氣。內(nèi)核外部主要由氫氣和氦氣構(gòu)成。

? ? ? ?

? ? ?

（圖片不按比例）（圖片來源：ESO修改，數(shù)位巡天。CC?BY?4.0）

對于參宿四精確的尺寸和距離測量一直以來都十分難以獲得。在近幾十年間，預(yù)測范圍小至330光年，大至650光年。最近2017年的研究結(jié)果更是出現(xiàn)了724光年（+111/-156）。

知道距離恒星的距離是了解它的關(guān)鍵。若是我們不知道距離，我們就不知道恒星的亮度或是大小。但是測量距離的難度很大。

?

? ? ? ?

? ? ?

?

恒星的距離通常都是天文學(xué)家依靠三角視差來測量的。因此，他們會測算恒星的視運(yùn)動。視運(yùn)動指的是恒星相對于更遙遠(yuǎn)的恒星的運(yùn)動方式。觀測位置也因?yàn)檫@種基于地球繞日公轉(zhuǎn)軌道的測算而發(fā)生了變化。目標(biāo)恒星的位置會發(fā)生變化，而較遠(yuǎn)的恒星由于距離太遠(yuǎn)，似乎沒有移動。這種視運(yùn)動被稱為恒星視差，以弧秒為單位。恒星距離越遠(yuǎn)，視差越小。

? ? ? ?

? ? ?

恒星視差的原理——

?

(圖片來源:拉斯康柏天文臺)

事實(shí)上，視差測量存在一個問題:?物體距離越遠(yuǎn)，測量的精度就越低。比方說，比鄰星是離地球最近的恒星，它的視差只有0.772弧秒，這是觀測到的所有恒星中視差最大的。而且如果從地面上觀測，得到的結(jié)果可能會特別不準(zhǔn)確，因?yàn)榈厍虻拇髿鈱涌赡軙ζ洚a(chǎn)生干擾。

在該研究中，團(tuán)隊(duì)不僅使用了來自科里奧利衛(wèi)星上儀器的數(shù)據(jù)，還有星震數(shù)據(jù)來精確參宿四的半徑。他們應(yīng)用了三個獨(dú)立的模型來解釋這些數(shù)據(jù)，得出的距離測量值為548（+?88?/?-49）光年。他們的測量結(jié)果表明，參宿四比先前認(rèn)知的要小25％，近25％。

? ? ? ?

? ? ?

這張圖像來自本研究，它顯示的是各方對于參宿四的距離的測量結(jié)果。希帕爾科斯是歐洲航天局用于精確天體測量的一顆衛(wèi)星，VLA是超大陣列無線電觀測站。最新的測量結(jié)果也包含了星震數(shù)據(jù)（用灰色條表示）。

?

圖片來源:喬伊斯等，2020年。

“參宿四的實(shí)際物理尺寸一直有點(diǎn)神秘——在早期的研究中認(rèn)為他可能比木星的軌道還要大，”共同作者，布達(dá)佩斯Konkoly天文臺的Laszlo?Molnar博士說，“我們此次得到的結(jié)果表明參宿四最多也就是軌道直徑的三分之二，是太陽的750倍?！?/span>

“一旦掌握了恒星的物理尺寸，我們就能夠確定它與地球的距離。我們的結(jié)果顯示它距離我們比之前認(rèn)為的要近25%，只有530光年”Molnar說。

盡管參宿四的特性、距離和大小還存在一些不確定性，但它的最終結(jié)局是明確的，它最終會爆炸成為超新星。

?

? ? ? ?

? ? ?

超新星們的爆發(fā)是一場壯觀的宇宙燈光秀，只要他們彼此之間距離不是很近。這是一張來自哈勃，錢德拉和阿爾瑪天文臺拍攝的SN?1987A?合成影像。影像提供:?ALMA?(ESO/NAOJ/NRAO)/A.?Angelich.可見光圖像：the?NASA/ESA?哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。X射線圖像：NASA的錢德拉X射線天文臺。

天文學(xué)家猜測古超新星在地球演化過程中發(fā)揮了作用，包括引發(fā)一些局部的物種滅絕。一顆360萬年前的超新星，在泥盆紀(jì)時期，可能已經(jīng)引發(fā)了一場物種滅絕——徹底消滅了多達(dá)地球上四分之三的物種。

另一顆星僅在260萬年前的超新星或許已消滅了大型海洋動物，還有一顆可能已導(dǎo)致人類直立行走，盡管這個結(jié)果一目了然。但我們清楚的是，如果一個超新星距離地球太近爆炸是不好的，一項(xiàng)2017年的研究表明，超新星的殺傷區(qū)在距離地球50光年以內(nèi)。

但當(dāng)參宿四爆炸時，地球是安全的。在距離地球530光年的地方，爆炸產(chǎn)生的能量會在到達(dá)地球前廣泛地消散。所以，與其說這是一場災(zāi)難，倒不如說這是這是一場絕妙的燈光表演和科學(xué)知識的聚寶盆。

? ? ? ?

? ? ?

相關(guān)知識

超新星（復(fù)數(shù)supernovae或supernovas，縮寫為SN或SNe）是一種強(qiáng)烈的發(fā)光的星體爆炸。這種轉(zhuǎn)瞬即逝的天文事件通常發(fā)生在大質(zhì)量星演化的最后階段或者當(dāng)一個白矮星產(chǎn)生了失控的核聚變時，最原始的物體叫做前身天體，它要么坍縮到一個中子星中，要么是坍縮到黑洞中，或者是完全被摧毀。超新星的最大的光學(xué)亮度能與在逐漸消失的星系的幾周或幾個月的前的亮度相比。

?

?

?

作者：EVAN GOUGH

FY：Astronomical volunteer team

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請在作品發(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處