科学|参宿四恒星上巨大的斑点可能解释了它反常的暗淡 |

参宿四一颗处于生命最后阶段的巨星，最近表现得很怪异，亮度急剧下降。新的研究将巨大的星点归因于参宿四的鳞片状外观，尽管规模之大前所未有。

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图解：参宿四恒星的艺术概念及其假设的表面瑕疵。图源：MPIA
参宿四——一颗处于其生命最后阶段的巨大恒星——表现得十分怪异，它的亮度急剧下降。这个新的研究归因于参宿四片状表面的巨大星点，其规模之大前所未有。

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图解：2014年10月26日，美国宇航局SDO拍摄到，太阳右下角的明亮光线显示出一次X级太阳耀斑。这是48小时内发生的第三次X级耀斑，它是24年来太阳上最大的活动区域爆发的。图源：NASA
发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新的研究中，将参宿四上亮度急剧下降的现象与其光球层中的巨大瑕疵联系在一起，其中，光球是恒星表面明亮发光的部分。参宿四上这些暗淡、冷色的斑点让人想起太阳黑子，但它们覆盖了这颗即将死亡的恒星表面的50%至70% 。这项新的研究由马克斯普朗克天文研究所的天文学家塔维沙·达尔马瓦德娜领导。

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图解：大多数组成猎户座的明亮恒星都离我们很远，就像肉眼可见的星星一样。除了红星参宿四，这些恒星都是非常明亮的。图源：farmersalmanac
参宿四是一颗红色超巨星，距离地球约650光年。它位于猎户座，很容易用肉眼看到。参宿四是一颗令人难以置信的大恒星，它的质量相当于太阳的11倍，直径相当于1700个太阳排成一行。如果你把参宿四放在太阳系的中心，它会一直延伸到木星的轨道！

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图解：太阳系中太阳和行星分布。图源：cgtrader
参宿四已经到了生命的尽头，基本上随时都可能爆发成超新星。它被归类为半规则变星，因为它的亮度随时间而变化，这对于红巨星来说并不罕见。
达尔马瓦德娜在一份新闻稿中说：“在它们生命的最后，恒星会变成了红巨星。当它们的燃料耗尽时，恒星释放能量的过程会发生变化。结果，它们会膨胀，会变得不稳定，并产生数百天甚至数千天的周期波动，我们将这些所看到的周期性波动为恒星亮度的波动。 ”
然而，不寻常的是，在参宿四中可以看到这些亮度下降的程度。科学家观察到这颗恒星的正常亮度从2019年10月到2020年4月下降了40% 。
红超巨星由于其巨大的表面积和相对较低的密度，很容易将其外层气体层抛入太空，并在冷却后变成尘埃。这一过程使得澳大利亚国立大学天文学家丹尼尔·科顿和他的同事们在其发表的论文种得出以下结论：参宿四附近大量的灰尘可以解释这种亮度急剧下降的奇怪现象。

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图解：JCMT是世界上最大的单碟望远镜，致力于探测亚毫米辐射。它15米（50英尺）的碟形天线用不同的方式告诉我们关于冷宇宙的天空。它在红外线和无线电波之间工作，以1.4到0.4毫米的波长进行观测，使用一些最灵敏和最先进的仪器来探测宇宙中最冷的物质，这些物质只比绝对零度高出几十度。图源：eaobservatory
达尔马瓦德纳的论文利用阿塔卡玛探路者实验（APEX）和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜（JCMT）收集的新旧数据，测量亚毫米波长的辐射，并对这一理论发出了挑战。分页标题
这项研究的合著者、东亚天文台研究员史蒂夫·迈尔斯解释道："令我们吃惊的是，即使在亚毫米波范围内，参宿四也变暗了20% 。
根据之前的观察，研究人员得出结论，这种行为与灰尘的存在并不一致。随后在这个光谱范围内的计算证实了这些怀疑，即在这个亚毫米波范围内亮度下降不能通过尘埃是否存在来解释。相反，根据这项新的研究，恒星内部一定发生了一些事情。
通过回归基本的方法，天文学家们认识到恒星的亮度取决于它的直径和表面温度。因此，在可见光和亚毫米波长范围内，观察到的变暗现象会导致参宿四的平均表面温度降低。

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图解：参宿四的高分辨率图像显示了在其变暗之前和期间，其表面可见光的亮度分布。由于这种不对称性，作者把这种暗淡现象归因于巨大的恒星斑点。图源：ESO
该研究中，来自欧洲南方天文台（ESO）的合著者彼得·西克鲁纳解释道：“然而， 2019年12月参宿四的高分辨率图像显示了亮度不同的区域，表明温度分布不对称的可能性更大。 ”
综合起来，这些数据表明，在比高亮度光球更低的温度下，巨大的星点覆盖了参宿四上50%到70%的可见表面积。
【科学|参宿四恒星上巨大的斑点可能解释了它反常的暗淡】华盛顿大学天文学教授艾米莉·列维斯凯，同样也是即将出版的科普书《最后的星际观测者》的作者，她很高兴看到有关参宿四的亚毫米级数据。

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没有参与这项新研究的莱维斯克告诉吉兹莫多：“他们的观察结果表明，参宿四在这些长波长下一直是可变的，所以了解这与去年冬天我们看到的明显的亮度急剧变暗之间的联系无疑是一个重要的谜题。 ”
这一结果非常有趣，因为它提供的证据与先前的假设相矛盾，即参宿四的之前的暗淡可能是由灰尘引起的。库鲁汶天文研究所的米格尔·蒙塔格斯在给吉兹莫多的电子邮件中写道：“我们似乎正面临着脑和意识之间相互矛盾的观察。这令人非常兴奋：似乎我们掌握的参宿四数据越多，它就越复杂。 ”
不过，与这项新研究无关的蒙塔格斯确实发现了一个问题。他说，我们一直在从不同波长、不同角度分辨率以及不同日期的参考观测数据来观察参宿四。
蒙塔格斯解释说：“理解这种看起来很简单的暗化现象可能会让我们思考一段时间。关于红超巨星和超新星祖先，我们还有很多不知道的东西。 ”
莱维斯克说，记住参宿四只是一个红色的超级巨星十分重要，因为它的亮度和距离很近，我们有幸对它进行了详细的研究。

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她说：“我们还不知道大多数红超巨星是如何在亚毫米级随时间变化的，甚至不知道这些可见光突然下降的现象有多普遍。我们将尽可能多地关注参宿四，并研究更多类似的恒星，以便全面解释这些大质量濒死恒星的物理现象。 ”
事实上，参宿四上是否存在星点还需要补充证据来证实，但如果是真的，它们将代表一种全新的恒星现象。未来的研究应该调查这些星点的持续时间，确定它们的潜在原因，并确定其可能的周期。例如，我们的太阳，太阳黑子的周期为11年。这项新的研究提出了一个有趣的结果，但需要更具说服力的数据。
作者: George Dvorsky
FY: 武薇
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