最新研究认为参宿四变暗是由于尘埃遮挡造成的
酆都御史
仰观宇宙之大，俯察品类之盛2020-03-10 02:32
欧南台甚大望远镜在去年1月与12月的观测对比，显示参宿四的亮度大幅降低。图片来源：ESO/M. Montargès et al.
从去年底开始，有关猎户座亮星参宿四正在快速变暗的消息受到广泛关注。它的亮度一度降至其通常亮度的40％左右，这个现象引发了很多猜测。有人认为参宿四很有可能正在迅速走向毁灭，即这颗红超巨星恐怕就要发生威力巨大的超新星爆发了。甚至不少“杞人”开始担心它的爆发是否会危害地球，另有一些人则有些兴奋，因为有幸能目睹一次银河系内的超新星爆发会是更完整的人生。
但在天文学界对此现象则保留了非常理性的看法，因为有很多理论可以解释这一现象。比如华盛顿大学及洛厄尔天文台的科学家团队就认为它不可能在短期内爆发，他们通过观测与计算，得出的结论是：参宿四并不是因为即将爆发而变得暗淡，它只是因尘埃云遮挡而被消光了。
来自华盛顿大学的天文学副教授艾米丽·莱夫斯克（Emily Levesque）与洛厄尔天文台的天文学家菲利普·梅西（Philip Massey）在arXiv上发表并被《天体物理学期刊·通讯》接受的论文报告：根据对参宿四的最新观测数据并计算出这颗恒星的表面平均温度，他们发现，如果将参宿四最近的光度变化归结为表面温度的降低，那么它当前的温度比预期的要高得多。这个计算结果为普遍认可的恒星演化理论提供了支持，即红超巨星在演化末期会抛射大量表面物质，从而出现这种变暗的现象，参宿四很可能就是从外层脱落了一些物质。
其实在红超巨星上一直都能观察到这一现象，这是此类恒星的正常表现，这些濒死的膨胀恒星表面物质偶尔会被抛射出去，这些物质可能在恒星周围凝结为尘埃云。随着尘埃的冷却与消散，尘埃颗粒会吸收光辐射并阻挡我们的视线。
阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列于2017年拍摄的参宿四图像，显示其表面可能存在对流单元。图源：ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/E. O'Gorman/P. Kervella
天文学家确实一直认为，在未来10万年内，参宿四可能会因核心坍缩而爆发为超新星，不过它近期的快速变暗现象并不一定说明它即将爆发。
除了尘埃云的消光效果，另一种造成其变暗的可能是：来自恒星内部的强烈对流，将炽热气体升腾到参宿四表面，这些物质会在冷却之后回落到恒星内部。区分这个可能性的一个简单方法是确定参宿四的表面温度。
但是测量恒星的温度绝非易事，我们不能将温度计探入恒星并读取数据。不过天文学家可以通过观测恒星的光谱来计算出它的温度。艾米丽与菲利普一直在关注参宿四，他们利用亚利桑那洛厄尔天文台的4.3米望远镜观测并获取了参宿四的光谱数据。
大犬座VY的可见光图像，这是一颗被尘埃遮蔽的红超巨星，拍摄于2005年。图源：NASA/ESA/R. Humphreys/University of Minnesota
明亮恒星发出的光通常过于强烈，以至于无法获得准确的光谱数据，艾米丽与菲利普团队通过滤光装置抑制了光谱信息，这样就可以从中识别出一个特殊信号：氧化钛分子对光的吸收。
氧化钛会在参宿四这样相对温度较低的巨星表面产生并积累，它吸收特定波长的光，在恒星光谱中形成吸收谱线，可以用来确定恒星的表面温度。
艾米丽与菲利普以2月14日的观测数据计算出参宿四的平均表面温度约为3325摄氏度，这仅比在它开始急剧变暗之前的2004年获得的数据低50-100摄氏度，这个结果使研究者怀疑参宿四是否真的在变暗。
包括我们的太阳在内，大部分恒星都通过对流将热气体从内部输送到表面并在冷却后回落，就像锅中沸腾的水产生的上下对流。
在太阳上这样的对流单元数量极多，面积较小，但是在像参宿四这样体积巨大、温度较低、引力较弱的红巨星上，这种对流单元会非常巨大，通常覆盖整个恒星表面只有少数几个巨大的对流单元。
如果造成参宿四变暗的原因是这些巨大的对流单元造成的，那么艾米丽与菲利普团队2020年测到的温度必须比2004年获得的温度有巨大差异，而不是仅仅100摄氏度。
计算机模拟的红超巨星对流现象。图源： Bernd Freytag/Uppsala University
菲利普·梅西认为：与2004年的光谱数据对比表明，参宿四的表面温度没有明显变化，因此可以确定造成其亮度变化的原因“必须”是尘埃云的消光效应。
天文学家在其它红超巨星周围也发现了尘埃云，更多类似的观测结果能够佐证参宿四周围的混沌景象。
事实上过去几周的观测表明参宿四已经开始变亮了，尽管幅度并不明显。
红超巨星是非常活跃的恒星，天文学家将继续跟踪观测参宿四的微妙变化。对它的温度波动、尘埃变化以及对流单元等现象理解的更多，才能更好地理解它们并认识到它何时会发生真正的质变，比如超新星爆发。
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编译：酆都御史
原文：Astrophysical Journal Letters
arXiv:2002.10463 [astro-ph.SR]. arxiv.org/abs/2002.10463
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