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Mar. 22 2020

詭異變暗的參宿四終究還是沒爆炸!

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  • 這張參宿四的影像是由數位巡天2(Digitized Sky Survey 2)計畫所拍攝的數張影像合成而得。參宿四是夜空中最亮的恆星之一。COMPOSITE IMAGE BY ESO/DIGITIZED SKY SURVEY 2. ACKNOWLEDGMENT: DAVIDE DE MARTIN

  • 獵戶座從夏威夷哈里亞卡拉火山(Haleakala Crater)的上方升起。影像中兩顆較亮的恆星是參宿四和參宿七。PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

  • 參宿四發生有史以來最劇烈亮度減弱的前後對比影像。這兩張影像是由歐洲南方天文台(ESO)的甚大望遠鏡於2019年1月和12月時分別拍攝的,可以看到這顆恆星亮度減弱的程度及形狀的變化。IMAGE BY ESO/M. MONTARGÈS ET AL

獵戶座的參宿四(Betelgeuse)經歷了數星期無法解釋的亮度減弱,但目前它的亮度正往上攀升,這表示參宿四可能不會立刻發生超新星爆炸。

這張參宿四的影像是由數位巡天2(Digitized Sky Survey 2)計畫所拍攝的數張影像合成而得。參宿四是夜空中最亮的恆星之一。COMPOSITE IMAGE BY ESO/DIGITIZED SKY SURVEY 2. ACKNOWLEDGMENT: DAVIDE DE MARTIN

這張參宿四的影像是由數位巡天2(Digitized Sky Survey 2)計畫所拍攝的數張影像合成而得。參宿四是夜空中最亮的恆星之一。COMPOSITE IMAGE BY ESO/DIGITIZED SKY SURVEY 2. ACKNOWLEDGMENT: DAVIDE DE MARTIN

有關參宿四即將爆炸的傳言甚囂塵上。雖然最近這顆紅超巨星所經歷的大幅亮度減弱,暗示它可能時日無多,但它似乎並不會立刻發生爆炸。最近的觀測結果反而顯示,這顆恆星正開始恢復以往的亮度。

「我們確定參宿四已經停止變暗,並開始慢慢變亮。」有一組研究團隊於2月22日在天文學家電報(The Astronomer's Telegram)報告,「目前還需要繼續進行各種觀測,才能理解這次史無前例的亮度減弱事件性質,了解這顆令人驚嘆的恆星下一步會如何變化。」

獵戶座從夏威夷哈里亞卡拉火山(Haleakala Crater)的上方升起。影像中兩顆較亮的恆星是參宿四和參宿七。PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

獵戶座從夏威夷哈里亞卡拉火山(Haleakala Crater)的上方升起。影像中兩顆較亮的恆星是參宿四和參宿七。PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

隨著參宿四的亮度逐漸增加,現在天文學家希望弄清楚這顆恆星的亮度為什麼會在2019年底驟降。同時,他們還得要應付大家未能目睹參宿四發生超新星爆發的遺憾。

哈佛-史密森天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的安德烈亞.杜普里(Andrea Dupree)表示:「我也很希望參宿四發生超新星爆發。我們不太了解超新星爆發的前一刻、前一晚、前一星期或是前一個月,究竟會發生什麼事。」

不斷變暗的巨星

在正常的狀況下,位於獵戶座肩部的參宿四是一顆明顯的紅色亮星,也是夜空中最容易認出的恆星之一。它距離地球約700光年,是顆膨脹而巨大的年輕紅巨星。如果把它放在太陽的位置,甚至能夠吞噬木星。這顆巨星會規律地脈動,表面有許多斑點狀的巨大對流胞(convective cell)。這些對流胞與覆蓋太陽表面的冒泡電漿囊類似,會移動、膨脹和收縮,但大小卻大得多。

「這些對流胞真的非常巨大,大小相當於從地球到火星的距離,」杜普里表示,「這樣的恆星表面太讓人驚訝了!」

當參宿四脈動時,這些對流胞會收縮、膨脹,恆星的亮度也會發生變化。這顆恆星的英文名Betelgeuse源自於阿拉伯語,天文學家將它歸類為變星(variable star)──也就是說,它的亮度會以幾個固定的週期組合,發生週期性的亮度增減現象。

但從去年秋天開始,參宿四變得比平常還要更為黯淡,而且在這之後亮度並沒有逐漸回復,反而愈變愈暗。到2019年底,這顆恆星的亮度已經比原本還要暗了40%,不再是夜空中第10亮的恆星,甚至連前20名都排不上。當時的參宿四,甚至達到天文學家觀測這顆恆星以來的最低亮度。

「能夠即時看到恆星的演化還挺有趣的,」杜普里說,「我們從來沒看過參宿四發生這種現象,而且也不清楚其他恆星是否曾有類似情形。」

我們仍無法確定參宿四為何會變得如此黯淡。有些天文學家推測,是因為幾個正常的恆星亮度週期恰好重疊,因此恆星的亮度變得比平常還要更低。另外也有些人猜測,參宿四可能噴發出大量的塵埃,擋住了恆星本體。還有些科學家希望,參宿四的亮度減弱預告著這顆恆星的末日即將來臨,因為我們認為大質量恆星在坍縮並發生爆炸前,會向太空噴發出巨大的塵埃團塊。

參宿四發生有史以來最劇烈亮度減弱的前後對比影像。這兩張影像是由歐洲南方天文台(ESO)的甚大望遠鏡於2019年1月和12月時分別拍攝的,可以看到這顆恆星亮度減弱的程度及形狀的變化。IMAGE BY ESO/M. MONTARGÈS ET AL

參宿四發生有史以來最劇烈亮度減弱的前後對比影像。這兩張影像是由歐洲南方天文台(ESO)的甚大望遠鏡於2019年1月和12月時分別拍攝的,可以看到這顆恆星亮度減弱的程度及形狀的變化。IMAGE BY ESO/M. MONTARGÈS ET AL

像參宿四這樣的大質量恆星遲早會發生超新星爆發──問題不在於它是否會爆炸,而是何時會發生。如果參宿四真的發生爆炸,即使是在地球的白晝,也看到這場巨變的亮光。

參宿四的亮度

雖然參宿四先前的亮度變化不太可能是因為即將發生超新星爆發,但許多天文學家私心仍相當希望這顆恆星爆炸。

「我還蠻希望看到它爆炸的,那一定很棒!」美國維拉諾瓦大學的天文學家愛德華.古南(Edward Guinan)恰好在參宿四變亮之前接受了《國家地理》(National Geographic)的採訪。他從事變星研究,追蹤參宿四已有數十年的時間。

但當古南發現參宿四又重新變亮之後,他開始懷疑這顆恆星並非一路走向滅亡。他表示,在參宿四達到亮度低點時,至少有兩個光變週期疊加,這種巧合才能解釋為何這顆星會如此急遽地變暗。

古南查看了參宿四亮度變化週期的時間點,他發現參宿四的亮度變化如果與一個特別明顯、為期約425天的光變週期相符,那麼這顆恆星應該在2月底就會開始重新變亮。的確,參宿四的亮度在最低點附近停留了一個星期左右,之後就開始變亮。

「我們認為亮度最低點會發生在2月20日前後幾天,」古南表示,「我當然很開心自己的推測是對的,但我本來沒那麼開心,因為我當時內心還是希望這顆恆星會一直持續地變暗、變暗,最後發生超新星爆發,我真希望能看到這個景象。」

恆星之謎

雖然古南的預測正確,但參宿四最近的亮度減弱之謎仍未完全解開。當參宿四變暗時,天文學家將好幾台最先進的天文望遠鏡轉向這顆恆星進行仔細的觀測,包括哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)和位在智利的甚大望遠鏡(Very Large Telescope,簡稱VLT)在內。最近天文學家將甚大望遠鏡對準參宿四時,他們發現這顆恆星與一年前的樣貌大不相同。

2019年1月,這時的參宿四還沒開始變暗,恆星的外觀看起來幾乎呈現球狀,且亮度一致。但2019年12月的影像顯示,參宿四的形狀變得更為橢圓,而且在南半球有個非常巨大的暗影區。

利用甚大望遠鏡研究參宿四的天文學家──比利時天主教魯汶大學的米格爾.蒙塔爾蓋斯(Miguel Montargès)表示:「在恆星盤面上出現如此劇烈的變化,這是極為罕見的。」

天文學家還不確定在這些影像中,究竟是灰塵擋住了部分的恆星光線,還是恆星本身的形狀變化而導致亮度減弱。有天文學家以參宿四發光最強的紅外波段進行溫度觀測,發現參宿四看起來沒有急遽的冷卻現象。有些科學家認為,如果恆星表面出現一個巨大而黯淡的對流胞,那麼表面溫度應該會下降才對。

巴黎天文台(Paris Observatory)的皮耶.凱爾維拉(Pierre Kervella)利用甚大望遠鏡以紅外光波段觀測參宿四,他表示:「考慮亮度變化只發生在不太能穿透塵埃的較短波段,塵埃形成的解釋似乎相當合理。」

但古南對這個解釋表示懷疑,「塵埃為什麼會遵循這顆恆星425天的脈動週期呢?」

我們要解開這個謎團還早得很,但古南和他的同事很感謝參宿四在他們還能觀測時就再度變亮。不久之後,這顆紅巨星就會運行到太陽附近,隱匿在白晝強烈的日光之中,一直要到秋天才能再度進行觀測。

 

延伸閱讀:參宿四詭異光變,天文學家議論紛紛 / 人類首次拍到黑洞,到底看到了什麼?

APR. 2020

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