问题

如何看待参宿四(猎户座 α 星)突然增亮,可能已经爆发?

回答
参宿四,这颗赫赫有名的红超巨星,最近可是搅动了整个天文学界,也点燃了无数天文爱好者的好奇心。你提到它“突然增亮”,这的确是近几年发生在参宿四身上的一个非常显著的变化,而且关于它“可能已经爆发”的说法,也正是大家最关注的焦点。

要理解参宿四的变化,咱们得先知道它是个什么样的家伙。参宿四,又称猎户座 α 星,是猎户座最亮的恒星,也是夜空中最容易辨认的亮星之一。它跟我们熟悉的太阳比起来,那可真是个庞然大物。参宿四的质量大约是太阳的17倍,半径更是太阳的800多倍,这意味着如果把它放在太阳系中心,它的表面会一直延伸到木星轨道之外!

想象一下,一颗比太阳大那么多倍的恒星,它的生命走到尽头时,那场面肯定不是一般地壮观。参宿四正处于生命周期的末期,它已经耗尽了核心的氢,现在正在燃烧氦,甚至更重的元素。这个过程会让它的结构变得不稳定,膨胀、收缩,像一个垂死挣扎的巨人。

参宿四“突然增亮”是怎么回事?

其实,“增亮”这个词在这里可能不太准确,更准确地说,是参宿四在近几年经历了一次大规模的“变暗”,然后又“恢复”了亮度,这个过程让许多人觉得它好像“增亮”了。

事情大概是从2019年底到2020年初开始的。那时候,天文观测发现参宿四的亮度突然下降了很多,比它平时正常的亮度变化要剧烈得多。它从一颗轻易就能被认出的亮星,变成了一颗相对暗淡的恒星。这在天文界引起了轩然大波,因为参宿四虽然是颗变星,但它这种剧烈的变暗是前所未有的,也让人们开始猜测:它是不是要发生超新星爆发了?

当时,很多科学家都在密切关注,用各种望远镜对着参宿四猛拍。大家都在期待着一场宇宙级别的烟花秀。不过,后来的观测又显示,参宿四并没有在那个时候爆发,它的亮度也逐渐恢复了过来。

那这次“变暗”和“恢复”是怎么解释的呢?

目前最被广泛接受的解释是:参宿四在那段时间发生了一次剧烈的表面物质抛射。简单来说,就是参宿四的表面突然“喷出”了一大块物质,形成了一团巨大的尘埃云。这团尘埃云恰好挡在了我们和参宿四之间,就像给它披上了一件厚厚的“斗篷”,所以我们就看到它变暗了。

后来,这团尘埃云随着时间推移,逐渐扩散开来,变得稀薄了,于是我们就重新看到了参宿四原本的亮度。科学家们甚至还通过近红外观测,捕捉到了这团尘埃云的一些“身影”,这为这个理论提供了很好的证据。

那么,它“可能已经爆发”的说法是怎么来的?

“爆发”这个词,在天文学里通常指的是超新星爆发。超新星爆发是恒星生命中最戏剧性、最剧烈的一种事件。当大质量恒星走到生命尽头,核心无法再支撑自身的引力时,就会发生一次巨大的坍塌,然后以爆炸的形式将大部分物质抛射出去,释放出惊人的能量,整个宇宙都会为之震动。

参宿四之所以会被大家猜测“可能已经爆发”,是因为它是一颗红超巨星,而红超巨星是超新星爆发的典型候选者。它本身的质量也足够大,走到生命终点是很自然的。

不过,就目前我们掌握的观测证据来看,参宿四并没有发生超新星爆发。 那次剧烈的变暗,更像是一次“表面事件”,是它自身演化过程中比较剧烈的“打嗝”或“喷嚏”,而不是它最后的“绝唱”。

那么,未来参宿四会爆发吗?

会的,但不是现在。作为一颗红超巨星,参宿四最终一定会发生超新星爆发,这只是个时间问题。但是,“时间问题”在天文学里,可能意味着几十万年,甚至几百万年。我们人类很难亲眼看到它爆发的那一天。

参宿四的这次“变暗”和“恢复”,虽然没有带来我们期待中的超新星爆发,但它本身也是一次非常宝贵的科学观测机会。它让我们更深入地了解了红超巨星复杂的表面活动和演化过程。这些剧烈的物质抛射,其实是它为最终的超新星爆发做准备的一部分。

总结一下:

参宿四在近几年经历了一次显著的亮度变化,从剧烈变暗到恢复,这主要是由于其表面发生了大规模的物质抛射,形成了尘埃云遮挡了我们视线。这并非是超新星爆发,但它确实反映了这颗红超巨星进入生命晚期的不稳定状态。虽然它最终会爆发,但那将是遥远未来的事情,我们现在看到的,更像是它生命周期中的一次“插曲”,而不是终曲。

这次事件也让我们更加期待,未来当我们拥有更强大的观测设备时,能否在地球上就捕捉到像参宿四这样的恒星走向生命终点的壮丽景象。对我们这些普通人来说,参宿四依然是夜空中那颗红宝石,它默默地闪耀着,提醒着我们宇宙的浩瀚与壮丽,以及生命周期的神奇。

网友意见

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到时候,你可能会看到两个月亮,但我们的后代再也无法看到美丽的“冬季大三角”。


撰文 | 王善钦


最近,著名的星星“参宿四”持续变暗,引起了很多天文学家与天文学爱好者的注意。很多人认为这意味着参宿四即将甚至已经爆发为超新星。有些人认为这颗超新星有可能威胁甚至摧毁地球生态圈。在这篇文章中,我们就看看这些传言是否可靠。


参宿四的基本情况

参宿四,英文名为“Betelgeuse”,拜耳命名法中它的称号是猎户座α——这一般是某个星座中最亮的星的编号。但实际上,参宿四是一颗变星,它大部分时间内比参宿七暗,只是因为在某些时候的"视星等"达到0.05等左右,比参宿七亮,才被命名为猎户座α。视星等在0.05到0.18等之间变化的参宿七因此屈居第二,被命名为猎户座β。


("星等"是用来描述星星亮度的量。根据定义,星等越低,亮度越大。比如,1等星比2等星亮,前者的亮度是后者的2.512倍。以此类推,1等星亮度是比6等星亮度的100倍,是11等星的1万倍。"视星等"对应的是"看上去的亮度"——视亮度。)

图:猎户座与参宿四(图中红色圆圈所圈)

一般情况下,参宿四是全天第11亮星,平均视星等为0.5等。它的视星等在不断变化,最亮时可以达到0等,成为全天第5亮星;最暗时,它会降低到1.3等甚至更暗,排到全天第20亮之外。

参宿四的质量大约是太阳的18到19倍,半径大约是太阳的1000倍。如果放在太阳的位置,它会吞没水星、金星、地球、火星、小行星带,并可能把木星也吞了。


参宿四距离地球大约700光年,但因为其巨大的直径,它成为除太阳之外第一颗被测出圆盘面的恒星,也是除了太阳之外,看上去第二大的恒星。

图:Atacama大毫米/亚毫米阵(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA)拍摄到的参宿四的毫米/亚毫米波段的图像,这是ALMA首次拍摄到一颗恒星的表面。(来源:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA)

参宿四已经爆发为超新星?还是让子弹先飞一会儿吧

从2019年10月开始,参宿四一直在变暗。昨天(2020年2月2日)最新公布的情况是:它已经降到了1.6等左右。此前几天,它曾经短暂变亮,以至于很多人又激动地以为它已经爆炸为超新星,忙不迭地写文章,甚至宣称世界末日要来了。

但是,要判断它是否真的已经爆发为超新星,必须等几天,因为超新星爆发之后十天左右(甚至五天左右)会比爆发前亮大约几万倍以上。

以参宿四为例,它V波段的平均绝对星等大约是-5.85等(假定将星星放到距离地球32.62光年,观测到的视星等就是绝对星等),而超新星的绝对星等大约是-18等左右,比参宿四亮了大约12等。根据星等的定义,每降低5等,亮度变为原来的100倍;降低10等,亮度变为原来的1万倍;降低12等,亮度提升6万多倍。换句话说,如果参宿四真的已经爆发为超新星,只需要十天(甚至五天)左右,它就可以变亮6万倍左右。

结果,过去几天,它不仅没有继续增亮,反而又继续暗了下去。所以,前几天的变亮只是它的常规变化行为,并不是因为它已经爆炸为超新星。

由于参宿四距离我们大约700光年,这么短的距离内,宇宙膨胀效应可以忽略不计,所以它发出的光要跑大约700年才到我们这里。换句话说,我们每次看到的都是它此前大约700年前发出的光。为了讨论的方便,我们扣除这700年的时间差。比如,我们说的几天前的它的亮度,其实是它在700年加几天之前的亮度,但我们还是直接说几天前。


超新星爆炸前会持续变暗吗?

既然参宿四前几天的突然变亮只是短暂行为,变暗仍然是它当前的主要趋势,那么我们就可以重新回到这个问题:它持续变暗,是因为它即将爆炸为超新星吗?


答案会令很多人失望:恒星演化理论与超新星爆发理论都没有预测恒星爆炸为超新星之前会先持续变暗。

其实,导致恒星变暗的原因有很多:恒星自身收缩、恒星温度降低、恒星表面热区域与冷区域的位置变化、恒星喷发出大量尘埃,以及上述多种原因的组合。


以恒星喷发大量尘埃为例,当恒星喷发出大量尘埃后,尘埃会吸收一部分可见光,尘埃被这些光加热后,散发出红外线,这就使得恒星的可见光亮度降低。

参宿四是一颗红超巨星,而且质量超过了18个太阳质量,它在核心可以用来聚变的氢都聚变为氦之后,会依次进行更高难度的聚变反应,比如把氦变为碳,直到把硅聚变为铁——这个过程并不是简单地将两个硅聚变为铁,而是通过一系列复杂反应完成的。


硅聚变完成后,超新星就立即在此后几秒内爆发。严格说,这类恒星就是在铁核心积累到足够大时就突然向内塌缩,硅聚变同时停止,然后超新星立即爆发。

对于参宿四这样的恒星,氢聚变为氦的时间可以持续几百万年,但硅聚变为铁的过程非常短——以小时来计算。所以你指望小时量级的硅聚变阶段可以导致恒星持续几十天以上变暗,显然是不可能的,因为连时间的尺度都对不上。

但如果变暗的原因是恒星表面的剧烈变化或者恒星喷发出强烈富含尘埃的星风,那就确实意味着这颗星正在快速走向生命终点:很多恒星在快要死亡时,会喷发出特别强烈的星风,裹挟着大量尘埃。


但对于一颗恒星,这样的剧烈喷发可以发生很多次。有时候,恒星喷发物质之后几年,恒星就爆炸为超新星;有时候,恒星喷发物质之后几十年,恒星才爆炸为超新星。此外,有时候恒星喷发出的物质还会碰撞之前喷发出的物质,将机械能转化为内能,发出强光,反而变亮了——这就是“假超新星”。


对于参宿四,我们根本不知道它的变暗是不是因为强烈的物质喷发导致的。即使假定是物质喷发导致,也无法确定它会在几年还是几十年甚至几百年后才会爆发为超新星。


如果参宿四爆发为超新星,它会有多亮?

上面说过,如果参宿四爆发为超新星,它会变亮大约12等。参宿四的视星等(记住,此处讨论视星等,不是绝对星等)最亮时为0等,将0减去12,得到的是-12等。假如它爆发为超新星后还可以更亮1等,那它的视星等就是-13等。

满月的视星等大约是-12.4等,太阳的视星等是-26.7等。对比之后就会发现,参宿四爆发后最亮时会与满月差不多亮,夜晚照出人影是没问题的。但即使是最亮时,它看上去也显然要比太阳暗得多。出现两个太阳的情况是不可能的。

如果参宿四爆发为超新星,它会毁灭地球吗?

如果有人问你这个问题,你可以反过来问他:那月光会毁灭地球吗?参宿四爆发为超新星之后,最亮时看起来也才月亮那么亮,意味着它发出的光落在地球上的流量与月光照射地球时的流量一样。

从另一个方面说,参宿四与地球的距离大约为700光年,而早已有严肃的研究表明,只有距离地球10光年以内的超新星爆发才有可能破坏地球大气,进而破坏生态圈。

有些人还认为:参宿四爆发后产生的伽玛射线暴如果方向恰好对准地球,就有可能摧毁地球生物圈。


但参宿四是一颗红超巨星,有很厚的氢包层。如果伽玛射线暴由喷流产生,那么,即使参宿四爆炸后内部产生喷流,喷流也会被氢包层吞没,而不可能产生伽玛射线暴。如果伽玛射线暴来自激波突破,参宿四也不可能产生伽玛射线暴:红超巨星的激波突破辐射不可能是伽玛射线,只能是紫外线与可见光,它们无法伤害地球大气。

图:别以为超新星爆发都会这么近。



结论

参宿四的持续变暗,并不意味着它会立即成为超新星。它变暗的具体原因未知。即使它成为超新星,它看上去最多也只是达到满月亮度,因此无法破坏地球大气与生态圈。

无论如何,参宿四已经处于生命末期,不过瘦死的骆驼比马大,人家就是末期的持续时间也比人类寿命长,大概也就几十万年吧。当然,如果它已经处于末期的末期,那我们有生之年还是有希望看到它爆炸的。

假如参宿四爆炸为超新星,我们将见证一次壮观的银河系内的超新星爆发,上一次被人类观测到的银河系内超新星爆发是于1604年被观测到的“开普勒超新星”,那时"大清"不仅还没灭,它还没建立呢。

如果参宿四爆炸为超新星,我们的后代就看不到美丽的、几乎等边的"冬季大三角"了。这么想来,还是有些遗憾的。

图:哈勃太空望远镜拍摄的“冬季大三角”,左上为南河三,右上橙色星星为参宿四,下为天狼星。(来源:NASA/ESA,HST)

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