02.26 突發!參宿四“復活”了,終於開始變亮

前段時間,參宿四的持續變暗引起了科學界的廣泛關注,科學家一度懷疑這顆恆星即將提前死亡,變成超新星。然而據科學家剛剛對參宿四的最新觀測表明,這顆恆星現在開始慢慢變亮。也就是說,這顆恆星再一次“復活”了!

突發!參宿四“復活”了,終於開始變亮

事實上,這種轉變正是天文學家所期待的,科學家們猜測參宿四的餘生還有很長,不應該提前結束。參宿四是一顆與我們的太陽非常不同的恆星。雖然我們的太陽是一個主序星,並且正處在它的黃金時期,而參宿四是一個紅巨星在死亡的邊緣。但是恆星的死亡不是一個簡單的過程,它需要一些列複雜以及冗長的過程。

眾所周知,橫向內部由於重力和核聚變之間微妙的平衡,因此才可以如此明亮且持續時間如此之長。而引力會使一顆恆星在它的重量下坍縮。如果沒有核聚變,重力會把一顆恆星壓成白矮星、中子星或黑洞。但是重力產生的巨大壓力使得恆星核心的氫可以聚變成氦。這個過程被稱為質子-質子鏈(pp-chain),它將四個氫原子核合併成一個氦核。大約3%的原始質量以伽馬射線的形式轉化為能量。這些能量進一步加熱核心,讓它在重力的作用下向後推。

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不僅如此,在比太陽大的恆星內部,一個被稱為CNO循環的聚變過程以及開始了。CNO代表碳-氮-氧,因為這個過程將氦融合成這三種元素。這個過程就是為什麼這三種元素是宇宙中除氫和氦之外最豐富的元素。

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這是CNO循環的圖解。雖然在一個恆星內,pp-鏈和CNO循環可以同時發生,但隨著時間的推移,氫會變得越來越少,氦變得越來越多,CNO循環也會增加。由於CNO循環釋放的能量比pp-鏈更快,這意味著恆星的溫度會隨著時間而升高,我們在太陽中看到這種逐漸升溫的現象。當CNO循環在恆星中佔據主導地位時,它的核心溫度很高,以至於恆星的外層會膨脹和擴張。

這就是參宿四現在所處的階段,數百萬年以來,它一直是一個主序星,大約有20個太陽質量。但是現在它正在如此猛烈地聚變,以至於它已經變成了一個紅色的超巨星。參宿四的燃料快用完了,最終重力佔據主導。

參宿四調光前後

這張對比圖顯示了參宿四前所未有的黯淡之前和之後的情況。這些觀測是在2019年1月和12月用ESO的超大望遠鏡上的球體儀器拍攝的,顯示出這顆恆星已經褪色了多少,以及它的外觀形狀發生了怎樣的變化。

但這個時間不一定很快,參宿四有足夠的氦可以停留在紅巨星階段,時間大約10萬年。即使在氦耗盡後,它仍能將碳聚變成更重的元素,這一過程將持續約一千年。在那之後,參宿四將會有一個轉折。當碳耗盡時,它會逐漸將越來越重的元素熔合,時間大約持續一年。然後它的核心會坍塌,參宿四會變成超新星,我們最終會在太空中看到第二個閃耀的“太陽”。

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據我們所知,參宿四仍然處於其生命的紅巨星階段。儘管最近它的亮度明顯降低,但它還沒有達到爆炸的邊緣,並且一直在變暗和變亮循環,表明在我們的有生之年它不會爆炸。這表明,參宿四的核心仍在以穩定的速度前進。

參宿四亮度的變化是由於對流過程,恆星的上層被核心加熱,這就產生了熱的和冷的區域流動。內部的物質被加熱並上升到表面。然後它冷卻下來,沉入恆星,如此循環往復。對流發生在大多數恆星的外部區域,包括我們的太陽。在太陽表面,這些對流區域被稱為顆粒,它們的大小通常相當於德克薩斯州。這聽起來很大,但對於太陽來說,它比大多數太陽黑子都要小。因此,儘管太陽有明亮的熱區和較暗的冷區,但與太陽表面相比,它們是如此之小,太陽光度沒有整體變化。

突發!參宿四“復活”了,終於開始變亮

但是參宿四的外層比太陽的密度要小得多。它甚至比地球的大氣密度還要小。它基本上是一層稀薄的發光氣體。這意味著參宿四上的對流區域可能非常大。一個區域可以覆蓋恆星的大部分。當其中一個區域上升到頂部時,參宿四會變得更亮,當它冷卻時,恆星會變暗。參宿四開始變亮,因為熱的物質正對流到它的表面。這對於參宿四來說是很正常的,而且很可能在未來的幾千年裡都是如此。


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