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中国航天日

参宿四近几个月来一直令天文学家着迷，因为它的亮度异常强烈地下降然后又恢复。科学家们一直在讨论一些情景，试图解释它的行为。现在，由马克斯·普朗克天文学研究所塔维莎·达马瓦德纳领导的一个研究小组发现：参宿四表面极有可能是异常大的“恒星斑点”导致了变暗，其研究结果排除了之前的猜测，即是由参宿四喷出的尘埃，遮蔽了这颗恒星，像参宿四这样的红巨星会经历频繁的亮度变化。

然而，参宿四的光度在2019年10月至2020年4月间大幅下降至正常值的40%左右，这让天文学家们大吃一惊。科学家们已经开发了不同场景来解释这颗恒星亮度的变化，这颗恒星的亮度可以用肉眼看到，而且几乎有500光年远。一些天文学家甚至推测一场即将到来的超新星爆炸。由海德堡马克斯·普朗克天文研究所塔维莎·达马瓦德纳领导的一个国际天文学家小组现在已经证明：

参宿四光球层温度变化导致了亮度的降低，这种温度变化最有可能的来源是巨大低温的恒星黑子，类似于太阳黑子，这需要黑子覆盖参宿四表面的50%到70%。像太阳这样的恒星在生命末期会变成红巨星，当燃料供应耗尽时，恒星释放能量的过程就会改变。结果，恒星膨胀，变得不稳定，以数百天甚至数千天的周期脉动，研究认为这是引起参宿四亮度波动的原因。

超大规模的黑子（恒星）

参宿四是一颗所谓的红超巨星，与太阳相比，它的质量大约大20倍，体积大约大1000倍。如果放在太阳系的中心，它几乎可以到达木星轨道。由于它的体积太大，恒星表面受到的引力比同等质量但半径较小的恒星要小。因此，恒星脉动可以相对容易地弹出这样一些恒星的外层。释放出的气体冷却并发展成天文学家称之为尘埃的化合物。这就是为什么红巨星是宇宙中重元素的重要来源，行星和生物最终都是从宇宙演化而来。

天文学家此前认为，吸收光线的尘埃的产生，最有可能是参宿四亮度急剧下降的原因。为了验证这一假设，塔维莎·达马瓦德纳和合作者评估了来自阿塔卡马探路者实验(APEX)和詹姆斯·克莱克·麦克斯韦望远镜(JCMT)的新数据和档案数据。这些望远镜测量的辐射来自亚毫米波的光谱范围(太赫兹辐射)，其波长比可见光的波长大一千倍。天文学家用肉眼看不见的星际尘埃，研究星际尘埃已经有一段时间了，尤其是冷尘埃会在这些波长发光。

令研究人员惊讶的是：参宿四即使在亚毫米波范围内也会变暗20%。经验表明，这种行为与尘埃的存在是不相容，为了进行更精确的评估，科学家计算了尘埃会对这一光谱范围内的测量产生什么影响。事实证明，亮度在亚毫米范围内的降低，确实不能归因于尘埃量的增加。相反，一定是恒星本身造成了天文学家测量的参宿四亮度变化。物理定律告诉我们，恒星的光度取决于直径，特别是恒星表面温度。如果只有恒星的大小减小，所有波长的光度都会相等地减小。

理论与观测一致

然而，温度变化对沿电磁频谱发射的辐射的影响不同，在可见光和亚毫米波中测量到的变暗，因此是参宿四平均表面温度下降的证据，研究人员将其量化为200K。来自欧洲南方天文台(ESO)的合著者Peter Scicluna解释说：然而，温度分布不对称的可能性更大。2019年12月参宿四相应高分辨率图像显示了不同亮度的区域，加上新研究结果，这清楚地表明，巨大的恒星黑子覆盖了可见表面的50%到70%，温度低于更亮的光球层。

恒星恒子在巨星中很常见，但没有这么大的规模，但理论模型计算似乎与参宿四亮度下降的持续时间相一致。我们知道太阳黑子的数量在11年周期中增加和减少，巨型恒星是否有类似的机制尚不确定。这一点的一个迹象可能是之前的亮度最低值，它也比前几年的亮度最低值要明显得多。但未来几年的观察将告诉我们参宿四亮度急剧下降是否与一个恒星黑子周期有关。无论如何，参宿四仍将是未来研究一个令人兴奋的对象。