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Jun. 07 2023

為什麼參宿四比正常亮度亮50%?

  • 參宿四。

    參宿四。

  • 參宿四核心中不同元素豐度隨時間的變化。

    參宿四核心中不同元素豐度隨時間的變化。

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參宿四為紅超巨星,最近變亮了近50%,每當參宿四發生什麼事時,關於它爆炸成超新星的猜測就會激增。

獵戶座參宿四不僅是一顆紅超巨星,還是一顆半規則的脈動變星。這意味著它的亮度變化有一定的週期,儘管週期可能會有所不同。它有大約125天、400天、230天和高達2200天的亮度變化週期,所有的這些週期都由脈動決定,使得參宿四難以被清楚地理解。

幾年前,參宿四變暗,是因為參宿四表面噴射出物質,這些物質冷卻成塵埃並阻擋了光線,這一事件稱為「大暗淡」(The Great Dimming)。現在它變亮了,再次引起科學家們的注意,新的研究表明,它可能比任何人預期的更快地爆炸成超新星。這篇新論文是《從脈動週期推斷參宿四的演化階段》,第一作者是日本東北大學天文研究所的斉尾英行(Saio Hideyuki)教授。英國皇家天文學會月刊已接受該論文,該論文也可在arXiv上獲得。在他們的論文中,作者表示:參宿四可能是銀河系的下一顆超新星的候選者。

作為一顆紅超巨星,參宿四已經離開了主星序。在其8到850萬年漫長的主序星階段中,它將氫融合變成氦,並將核融合中損失的質量變為能量釋放出來,從而消耗了大量的氫。像參宿四這樣的天體離開主序帶後,進入氦融合階段,碳在核心積聚。然後是碳融合階段。這篇新論文的作者表明:參宿四處於碳融合階段的晚期。

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儘管參宿四與地球的距離相對較小(約500光年),但很難獲得距離、光度、半徑、零齡主星序(zero age main sequence, ZAMS)質量的嚴格限制,以及關於內部旋轉和混合的狀態,從而影響參宿四的演化情形和它何時可能爆炸。零齡主星序對於了解特定恆星的演化階段尤為重要,它是基本的,但不是唯一影響因素。

碳融合有幾個階段,確定參宿四何時會成為超新星的困難部分來自於確定它處於哪個階段。參宿四脈動、噴射物質、旋轉,最重要的是,它是一顆在太空中加速的失控恆星。它與我們的距離也有爭議,雖然它距離地球僅約500光年,因此可以通過適當的儀器判斷距離,但其距離的不確定性仍然是深入了解的關鍵障礙,

引起大家注意的是研究中的這段話:根據下圖,參宿四核心將在碳耗盡後的幾十年內坍縮。這表明參宿四是下一個銀河系超新星非常好的候選者。

參宿四核心中不同元素豐度隨時間的變化。

參宿四核心中不同元素豐度隨時間的變化。

但沒有引起太多關注的是論文的以下部分。研究人員寫道:事實上,不可能知道確切的演化階段,因為在接近碳耗盡的晚期,表面條件幾乎沒有變化。天文學家只能看到表面,但發生故事的是天體內部深處。該論文的作者實際上是在說,根據觀察、數據和模型,參宿四可能比想像的更早爆炸。但是他們不知道恆星處於核心碳融合的哪個階段。

但並非所有人都同意參宿四處於核心碳融合階段。有些持相反的論點的作者說:這顆參宿四仍處於氦融合。由於核心氦融合比隨後的碳融合階段長得多,參宿四最有可能處於核心氦融合。脈動週期可能會限制半徑和距離以及核心氦融合的演化狀態。”

研究人員試圖確定參宿四超新星爆炸時間的另一種方法是將其週期性脈動與其模型相匹配。

當它最終超新星爆炸時,它不太可能像某些超新星那樣產生致命的伽馬射線暴,雖然它會噴出物質並產生強大的X射線和紫外線輻射,但我們距離太遠而不會受到影響。相反,這將是一場全人類都能看到的煙光秀,並將永遠改變獵戶座。科學家說它可能會留下一顆中子星,也許是一顆可見數百萬年的脈衝星。整個事件,從開始到結束,將是研究恆星演化、超新星和恆星遺蹟的前所未有的機會。科學家們將能夠從爆炸開始回溯到所有已完成的研究以及所有觀察和數據,並證明它們哪裡是正確的,哪裡是錯誤的。

超新星的衝擊波將在大約 10 萬年後到達,並且很容易被我們太陽的太陽磁層偏轉。對地球的最大影響將是撞擊我們高層大氣的宇宙射線增加。(編譯 / 施欣嵐)

 

資料來源:Phys.org

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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