变化中的参宿四

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作者：Lisa Grossman

翻译：贺玉影

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：李子琦 胡永葳 李鸣晨 朱宸宇

https://www.sciencenews.org/article/betelgeuse-star-color-rhythm-dimming

参宿四在改变，由古至今观测到的现象表明了它的几个重大变化。

猎户座明亮的红色恒星参宿四（图左），它的外观在古代和近期都发生过改变。

图源：詹姆斯·斯通（追光摄影）

一直以来，参宿四都是我们人类眼中最美丽的明星。

两项新的研究表明，从古至今，天文学家们一直在观察这颗闪耀在猎户座肩膀的红超巨星，而它确实不容忽视。一个研究小组报告：参宿四可能还在从几年前的深度昏暗期当中恢复着。另一个研究小组报告：就在2000年前，参宿四似乎开始像化了妆一样变得红红的，在那之前，它原本是黄色的。

两项研究加在一起，可以告诉我们恒星是怎样对宇宙空间“呕心沥血”，以及参宿四在多久之后会炸成一颗超新星。

美国宾夕法尼亚州维拉诺瓦大学的天文学家爱德华·吉南研究参宿四几十年了，他没有参加这次的新项目。他说：“参宿四总在逗你玩。你以为你找到了真相，可突然间它就变了。”

“大变暗”

2019年末，参宿四突然变暗了好几个月，吸引到了天文学家的注意，该事件现在被称为“大变暗”。随后几个月的观察使研究人员得出了一个解释：参宿四吐出了一个巨大的等离子体气泡，这些物质冷却后凝结成尘埃，在几个月后，挡住了参宿四从地球的角度看到的那一面。此外，参宿四的表面也冷却了下来，这一点也使其亮度降低。

但接下来又出现了惊人的情况，天体物理学家安德里亚·杜普里（美国哈佛和史密森天体物理学中心）及同仁在8月2日提交给arXiv.org的一篇论文中报告说：这颗恒星的常规亮度变化周期貌似完全失调了。

在大变暗时期之外，参宿四的亮度有着准周期性的变化。随着它的一呼一吸——涨大、然后缩回原来的大小——它的亮度也变亮、然后变暗。杜普雷说：“200年来，参宿四都有着一个规则的、每400天一个周期的亮度振荡，但现在没了！”

原来整齐的节奏现在乱套了。如果说以前是连续的“哒哒哒哒”，用杜普雷的话说，那现在就像一台没放平的洗衣机似的，“咣当咣当咣当”。

杜普雷指出，这场混乱是参宿四努力弥补2019年物质损失的迹象。她计算出，参宿四从其表面喷出了数倍于月球质量的物质，留下了一个巨大的冷点，它表面的等离子体在参宿四回复平衡的过程中正四下晃荡。

失去的规律

参宿四的亮度或星等，曾经按照稳定的、400天的规律变化（图中虚线）。但是在2019年初的大变暗后不久，亮度的变化不稳定了。不同的绘图符号和颜色表示来自不同天文台的星等测量值。

制图：C. Chang

图源：安德里亚·杜普里等/arXiv.org 2022年

如果上图无误，则意味着参宿四这类红超巨星能以不连续的爆发方式向星际空间喷射物质，而非连续不断地外流。这个知识很重要，因为构成行星和人类的许多元素都来自于经历了参宿四现在正在经历的过程的恒星中。研究参宿四的生与死，可以帮助我们了解自己的起源。

尽管上图看着很合理，吉南警告说，它仍然只是个推测。

其中有个包含不确定性的因素在于：其中有一套对参宿四的新观测来自它通常不可见的四个月周期。从每年的5月到8月从地球的角度看，参宿四离太阳太近了，在晚上无法看到，这通常给追踪其周期性行为的天文学家们的数据集留下了一个漏洞。

但是德国美因茨的业余观测者奥瑟玛·尼克尔开发了一种技术，利用白天拍摄的多张图像测量参宿四的亮度。杜普雷的论文是第一篇包括这些日间数据的论文。

“了不起，”吉南说：”这样你可以全年跟踪参宿四。” 这些额外的观察可能会发现一直存在的重复性变化，而不是发现真正的新东西，“你看到的那些小的变化……没准在大变暗之前早都已经存在了。”

杜普雷的团队预测，到了2023年，地球上可能可以通过一些望远镜看到参宿四失去的尘埃。吉南说，“这才能作为证据”，证明参宿四亮度的变化是由一次爆发引起的。

那抹黄色

“大变暗”并不是人类第一次记录到参宿四的剧变。天体物理学家拉尔夫·纽豪瑟（德国耶拿大学天体物理研究所和大学天文台）及同仁在《皇家天文学会月刊》的一篇论文中报告说，两千年前，参宿四完全是另一个颜色。

该小组分析了古代关于200多颗恒星的描述，这些恒星的颜色在过去几千年里应是肉眼可见的。他们发现，在人类历史上观察到的大多数恒星在过去记录的颜色与今天显示的颜色一致，参宿四除外。

古罗马天文学家盖乌斯·尤利乌斯·海吉努斯生活在公元前64年至公元17年，人们认为拉丁文书籍《天文学》（De Astronomia）是他的著作。书中，他描述了猎户座右肩的这颗星具有与土星相似的颜色——土星是黄色的。公元前100年左右的司马迁，在不受人影响的情况下，也将参宿四描述为黄色。各个文化背景的古人都不认为参宿四为红色，这一点引人注目。

纽豪瑟说：“我想，’哦，这怎么可能呢？’ 没想到会这样……一颗恒星在历史上变了颜色。”

恒星的颜色是其演化阶段的标志。当恒星燃烧完它们核心中的氢燃料时，它们会膨胀，并将气体排到太空。这种膨胀使它们的表面温度下降，它们在相当短的时间内从蓝色变为红色——对于像参宿四这样质量约为太阳14倍的巨型恒星来说，大约需要10,000年。

这一新近的颜色变化表明，参宿四刚刚达到了其燃烧氢生命的终点，就在人类观测者观测它的同时，成为了我们今天所熟知的红色超巨星。

“这与天体物理学知识完全一致，”纽豪瑟说。“这本来是可预料的，但没有人真正验证过。”

这一结果意味着，任何等待参宿四成为超新星的人都还要等很久很久。如果这颗恒星在过去几千年里刚刚成为超巨星，那么，等它的爆炸还要等100多万年。

关于“大变暗”的更多详情，请参考牧夫天文的2020年2月4日文章：《参宿四是在闹着玩吗》

https://mp.weixin.qq.com/s/qQygnNnIqvyo-Y6BKG9IVA

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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图源：Juan Carlos Casado (Starry Earth, TWAN)

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