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这4张图显示参宿四在2019年底至2020年初突然变暗原因。在左两张图,如哈勃在紫外线下所看到,从恒星表面喷出高热电浆。在中右图中,流出的气体迅速向外膨胀,冷却形成巨大的尘埃云。右图显示出巨大尘埃云,挡住从地球方向四分之一恒星表面。
这4张图显示参宿四在2019年底至2020年初突然变暗原因。在左两张图,如哈勃在紫外线下所看到,从恒星表面喷出高热电浆。在中右图中,流出的气体迅速向外膨胀,冷却形成巨大的尘埃云。右图显示出巨大尘埃云,挡住从地球方向四分之一恒星表面。Image credit: NASA, ESA, and E. Wheatley (STScI)

  科学家在2020年8月13日发表在The Astrophysical Journal期刊表明,最近参宿四奇怪的变暗现象是巨大物质云造成的。

  参宿四是猎户座肩部明亮的恒星,其质量约为太阳11倍,但体积大900倍。这表示它濒临死亡,将以剧烈的超新星爆炸。在2019年秋天,参宿四开始显着变暗,到2月亮度已降低三分之二。这种戏剧性变暗激发人们猜测,参宿四爆炸即将发生,但参宿四在2020年5月却恢复正常。关于此现象,有些科学家认为是尘埃云挡光,也有人认为参宿四表面上的大黑子造成。

  研究人员使用NASA哈勃太空望远镜,从2019年9月至11月的观测显示,大量物质以每小时32万公里速度从参宿四的表面移至其外部大气。在为期3个月的爆发中,参宿四的南半球向太空吹出物质是正常情况下的两倍。(参宿四物质脱落率非常高,大约是我们太阳的3000万倍。)科学家认为,这种超热电浆云抛出参宿四外数百万公里后充分冷却,凝结成尘埃颗粒并形成遮光云。哈勃其他观测结果也支持了这一解释,即使可见光波段继续变暗,但紫外线波段相关的外部大气于2020年2月就已经恢复正常。

  目前尚不清楚是什么原因导致爆发。科学家认为可能是参宿四脉动引起。参宿四会在420天的周期中规律膨胀和收缩,科学家使用自动望远镜测量参宿四表面气体速度,发现爆发发生在恒星膨胀阶段。目前参宿四太靠近太阳而无法以哈勃观测,但以日地关系天文台(STEREO)观察结果,显示参宿四在2020年5月中旬到7月中旬再次变暗,尽管没有之前幅度剧烈。科学家将持续观测其变化。(编译/台北天文馆助理研究员李瑾)

资料来源:Space.com

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参宿四

  前几个月最受各地天文学家关注的事件,莫过于猎户座的参宿四突然变暗。这现象还被某些人解释为这颗红超巨星已几乎没有核燃料,即将发生超新星爆炸。不过,华盛顿大学和罗威尔天文台的天文学家认为,参宿四更可能只是正在发生其他红超巨星也会发生的事情:抛出的外层大气遮住了一些往地球的光线。

  华盛顿大学天文学副教授Emily Levesque说:「我们一直在红超巨星附近看到这种现象,这是它们生命周期正常发生的事件。红超巨星偶尔会将表面物质抛出,这些物质会冷却而逐渐结为尘埃颗粒,并吸收一些射向我们的光。」

  Emily Levesque和罗威尔天文台的Phillip Massey在二月份进行了观测,他们使用口径4.3米的望远镜和配有减光滤镜的光谱仪,透过分析参宿四的光谱来测量整个参宿四的平均表面温度。研究人员测出2020年2月14日的参宿四表面平均温度约为摄氏3325度,这比2004年的测量温度低50到100度,且降温的现象早于最近发生的亮度降低事件。

  测量结果使部分科学家怀疑参宿四变暗的原因,是否为其表面巨大的对流胞上升到表面冷却所引起。Levesque和Massey认为,如果真是这样,他们将在2004年至2020年之间看到更大的温度降幅。Massey说:「与我们2004年的光谱观测比较,2020年的温度没有明显变化。我们知道答案一定是尘埃。」

  随着世界各地的天文学家密切关注参宿四,各团队也投入资源计划进行更多的观测。但不管参宿四的温度和亮度如何,当核融合最终陷入停顿并使其核心塌缩时,未来的10万年内仍可能发生超新星爆炸。(台北天文馆王彦翔/编译)

资料来源:Astronomy Now

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  猎户座肩膀上的参宿四(Betelgeuse,猎户座α,Alpha Ori)自2019年10月开始突然变暗,且变暗趋势相当明显,有些人怀疑是即将发生超新星爆炸的前兆。不过,美国维拉诺瓦大学(Villanova University)EdwardGuinan等人在2020年2月11日发表报告指出:参宿四亮度变暗速度趋缓,很可能在2020年2月21日(±7天)触底反弹。而根据近期的观测结果,正如预测所言:参宿四亮度的确在2020年2月7~13日触底,平均最暗亮度约+1.614等(有观测者报告达+1.66等)。目前已经开始反弹,亮度逐渐变亮。这个结果显示:参宿四不仅彻底脱离超新星爆炸警报,而且这次的变暗显然是参宿四原本就是变星造成的,其变光周期约为420~430天,引起变光的原因可能是参宿四体积涨缩的脉动变化造成的。

美国变星观测者协会(American Association of Variable Star Observers,AAVSO)汇集全球观测结果所显示的近期参宿四光变曲线。Credit: AAVSO。取自Spaceweather.com。
美国变星观测者协会(American Association of Variable Star Observers,AAVSO)汇集全球观测结果所显示的近期参宿四光变曲线。Credit: AAVSO。取自Spaceweather.com。

  参宿四是一颗已经高度演化的红超巨星,随时都可能因重力塌缩而发生超新星爆炸。这阵子的亮度变暗状况,可以用它的半径突然缩减至原来的92%来解释。但这不是唯一的解释方式,也可能是它的表面出现一颗巨型星斑(类似太阳黑子),也可能是被先前它的外层低温大气向外抛出的物质或其他来源的物质遮蔽的结果。迄今没人知道真相如何。

  天文学家很久之前就已经知道参宿四是颗变星。它有许多脉动周期,下图是利用傅立叶分析(Fourieranalysis)方式统计1995~2018年间参宿四光度观测数据显示的脉动周期。由此图可显示参宿四主要脉动周期有5个,分别为242天、430天、1083天、1376天和6.06年,其中以430天为最主要周期。而这次的变暗事件,就是430天脉动周期的结果。

利用傅立叶分析方式统计1995~2018年间参宿四光度观测数据显示的脉动周期。Credit: Peranso。
利用傅立叶分析方式统计1995~2018年间参宿四光度观测数据显示的脉动周期。Credit: Peranso。

  不过,虽然这次变暗是430天脉动周期的结果,但其变暗程度却是前所未见,比430天脉动周期前一次最暗时还暗了0.9星等之多。而且,纵使参宿四结束变暗剧目,但ESO前阵子公布参宿四变暗且形状也改变的现象并未得到解释。因此天文学家还是会持续关注参宿四的后续发展。(编译/台北天文馆张桂兰)

资料来源:Spaceweather.com

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  从2019年开始,参宿四(Betelgeuse)变暗的程度肉眼可见,迄今亮度已剩原来的36%左右。比利时荷语天主教鲁汶大学(KU Leuven)Miguel Montargès等人从2019年12月开始透过欧南天文台(ESO)超大望远镜(Very Large Telescope,VLT)与SPHERE仪器拍摄参宿四表面细节,希望能了解参宿四为何会变暗。这个团队恰巧在2019年1月也曾利用SPHERE捕捉参宿四表面细节,前后两张图像比对后,这些天文学家发现这颗红超巨星不仅正在变暗,而且形状也在改变中。

  许多天文爱好者质疑参宿四之所以变暗意味着它将发生超新星爆炸。如同所有红超巨星一样,参宿四总有一天会走到超新星爆炸这一步,但天文学家不认为爆炸事件近期就会发生。Montargès等人提出新的假设来解释SPHERE图像中看到的亮度和形状变化:可能是有特别的恒星活动,或是有恰好朝向地球的尘埃喷发现象造成的。其中,参宿四不规则的表面来自其巨大对流胞造成物质移动、收缩和膨胀等。这颗恒星也有脉动现象,就像是心跳一样,使亮度有周期性变化。对流与脉动这些都是恒星活动的一部分。Montargès等人认为目前对红超巨星的认识不够全面,所以必定还有惊喜在等着他们。

ESO超大望远镜拍摄参宿四变暗之前(左)与之后(右)的图像。Credit: ESO/M. Montargès et al.
ESO超大望远镜拍摄参宿四变暗之前(左)与之后(右)的图像。Credit: ESO/M. Montargès et al.

  参宿四正式编号为猎户座α星(Alpha Ori),距离约700光年。由于体积庞大,距离也不算太远,因此包括VLT在内的少数望远镜得以直接观测到它的表面变化。此外,由于VLT观测范围涵盖可见光至中红外波段,因此不仅可以拍摄到参宿四的表面,也可以观测到它周围的物质。Montargès等人认为这是我们能了解这颗星正在发生什么事的唯一途径。

  除了Montargès等人之外,法国巴黎天文台(Observatory of Paris)Pierre Kervella等人恰在2019年12月,也以VLT上VISIR仪器拍摄参宿四图像,结果显示有来自参宿四周围尘埃发出的红外辐射。这些尘埃云应该是参宿四向外抛出物质而形成的。

  科普天文中常提到「我们都始于星尘(we are all made of stardust)」,但却少有人提到这些星尘究竟来自何处?SPHERE和VISIS图像正要告诉大众:有一部份就是来自像参宿四这样的红超巨星。在其一生中,尚未发生超新星爆炸之前,红超巨星也会陆续制造并向外抛出大量物质。现代科技已能允许科学家详细研究这些天体,数百光年外的也没问题,所以解开红超巨星质量流失的课题,指日可待。(编译/台北天文馆张桂兰)

资料来源:欧洲南方天文台

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