神秘變暗的參宿四重展光芒

2020年2月中旬，“獵戶座之肩”參宿四的亮度下降到了歷史最低值，這讓天文學(xué)家們很是困惑。

參宿四亮度變化前后對(duì)比，左圖為變暗前

參宿四在經(jīng)歷了長達(dá)4個(gè)月的暗淡過程之后，可能已經(jīng)開始重拾光芒了。

參宿四是獵戶座的“右肩”，很容易辨認(rèn)，正常情況下在夜空中十分明亮，躋身十大亮星之列。然而，參宿四從2019年10月開始就不斷變暗，到了2020年2月中旬的時(shí)候，亮度連原來的1/3都沒有了——我們用裸眼觀察就能清楚發(fā)現(xiàn)其中的差異。不過，維拉諾瓦大學(xué)（位于賓夕法尼亞費(fèi)城外）天體物理學(xué)家愛德華·吉南（Edward Guinan）表示，參宿四現(xiàn)在已經(jīng)比最暗的時(shí)候亮了10%左右。吉南的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)追蹤觀察了參宿四25年。

“就目前的情況來說，參宿四似乎正在觸底反彈，”在美國麻省坎布里奇市哈佛-史密森天體物理學(xué)研究中心任職的天文學(xué)家安德里亞·杜普里（Andrea Dupree）說，“但誰知道真實(shí)情況究竟怎么樣呢？或許這只是‘回光返照’，過不多久，它又會(huì)暗淡下去了。”除了吉南團(tuán)隊(duì)之外，一個(gè)由天文愛好者和專業(yè)天文學(xué)家組成的團(tuán)體——名叫美國變星觀察者協(xié)會(huì)，總部也位于坎布里奇——同樣記錄到了參宿四的亮度回升現(xiàn)象。

杜普里表示，參宿四變暗的原因仍舊是個(gè)謎。她還補(bǔ)充說，雖然天文學(xué)家提出了幾種解釋，但沒有一個(gè)能解釋目前已有的全部觀測(cè)事實(shí)。

友善的巨人

參宿四是全世界星空愛好者都十分熟悉且喜愛的天體。這顆紅巨星——一種體形巨大但熱核反應(yīng)溫度相對(duì)較低的恒星——距我們的太陽相對(duì)較近，只有220秒差距（700光年）。它同樣也是職業(yè)天文學(xué)家的寵兒。雖然參宿四的質(zhì)量只有太陽的12倍左右，但體積卻龐大得多：如果把參宿四放在太陽系的中心，它會(huì)把水星、金星、地球、火星甚至木星全部吞噬掉。

從地球遠(yuǎn)眺星空，大多數(shù)恒星都只是一個(gè)看不清細(xì)節(jié)的模糊光點(diǎn)，但參宿四的龐大身形讓它成了少數(shù)幾個(gè)我們能看到細(xì)節(jié)的恒星之一。杜普里等人從20世紀(jì)90年代開始就已經(jīng)能夠分辨出參宿四表面的對(duì)流圈了。對(duì)流圈其實(shí)就是一些灼熱的等離子體團(tuán)塊，它們?cè)诟邷貢r(shí)飄升到恒星表面，冷卻后又沉降回恒星內(nèi)部。對(duì)流圈這種結(jié)構(gòu)體積龐大：太陽上的對(duì)流圈大小與法國相當(dāng)，而參宿四上的對(duì)流圈“能填滿地球與火星之間的空間”——杜普里如是說。

由于參宿四實(shí)在太過明亮，很多一流天文儀器都無法正常發(fā)揮作用，觀測(cè)這顆天體就需要一些特殊手段。例如，杜普里和她的合作者就在2020年的地基紅外觀測(cè)中被迫將望遠(yuǎn)鏡設(shè)置成了“急旋模式”——快速掃過整個(gè)天區(qū)以保證照相機(jī)感應(yīng)器上的每個(gè)點(diǎn)都不會(huì)在參宿四的星光下暴露太久。

不過，參宿四的亮度對(duì)吉南團(tuán)隊(duì)來說算不上什么大問題。幾十年來，他的團(tuán)隊(duì)一直在使用同事理查德·沃薩托尼克（Richard Wasatonic）在賓夕法尼亞艾倫鎮(zhèn)自家花園中支起的25厘米口徑業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)參宿四。這種便捷性讓沃薩托尼克等人受益匪淺。吉南表示：“每個(gè)晴朗的夜晚——每周通常會(huì)有兩晚夜空晴朗——我們都會(huì)在那兒收集數(shù)據(jù)。只要天空放晴了，沃薩托尼克就會(huì)穿著睡衣跑到花園里觀測(cè)一番。”

打破常規(guī)

吉南的團(tuán)隊(duì)記錄到參宿四有一個(gè)為期大約425天的明暗周期，但正常來說，亮度變化最多不超過25%。吉南還表示，他2019年曾考慮過終止這個(gè)項(xiàng)目，因?yàn)檎麄€(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)參宿四都已經(jīng)有些“審美疲勞”了，但最終還是決定繼續(xù)下去。“我對(duì)理查德說，我們半途而廢的話，可能就會(huì)錯(cuò)過發(fā)生在參宿四身上的一些重大事件。”吉南說。

然后，參宿四就從2019年10月開始變暗，到了12月的時(shí)候亮度跳水的幅度已經(jīng)十分夸張，吉南因此決定在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布一個(gè)稱為“天文學(xué)家通告”的警示。此后，無論專業(yè)還是業(yè)余，許多天文學(xué)家都紛紛拿起了望遠(yuǎn)鏡，對(duì)準(zhǔn)了這顆恒星。

參宿四此次突然變暗的原因尚不清楚，目前比較流行的一種解釋是：參宿四表面出現(xiàn)了一個(gè)溫度異常低的大型對(duì)流圈。另一種解釋則認(rèn)為，參宿四運(yùn)動(dòng)到了一片塵埃云的后方。不過，杜普里表示，現(xiàn)在得到的觀測(cè)資料自身也存在矛盾。“紫外線波段的觀測(cè)結(jié)果與光學(xué)波段并不一致，而光學(xué)波段的觀測(cè)結(jié)果又和紅外波段不一樣。”

有些科學(xué)家則認(rèn)為，參宿四的古怪亮度變化意味著它可能臨近死亡了。據(jù)估算，參宿四現(xiàn)在的年齡應(yīng)該不到1 000萬歲，但天體物理學(xué)家預(yù)測(cè)它可能會(huì)在未來10萬年內(nèi)的一場(chǎng)超新星爆發(fā)中走向滅亡。如果真是這樣，那么到時(shí)候就會(huì)形成一道奇特的景觀——參宿四的亮度會(huì)一連幾周超過滿月，即便是白晝也能為肉眼所見。不過，我們還不知道恒星在超新星爆發(fā)之前究竟會(huì)有何表現(xiàn)，并且天文學(xué)家也稱這種劇烈的恒星生命終結(jié)方式發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間根本不可能預(yù)測(cè)。饒是如此，吉南仍舊表示：“要是參宿四真的爆炸了，我會(huì)很高興。”

資料來源 Nature