參宿四或將爆發(fā)

閆升

被譽為夜空燈塔星之一的恒星——參宿四近來很不安分。2019年10月，它開始不規(guī)律地變暗。2020年1～2月，它的亮度下降到通常亮度的40%，從夜空亮星排名第9滑落到第21，這是有觀測記錄以來的新低。許多科學家猜測，參宿四可能已經(jīng)走到生命末路，接下來會像其他類似質量的大恒星一樣變暗，坍縮，最后作為一顆超新星爆發(fā)。

參宿四距離地球724光年，在夜空中呈現(xiàn)橘紅色，屬于紅超巨星，也就是說這顆恒星已步入晚年。如果它現(xiàn)在就爆發(fā)，那么它釋放的光亮要在太空中穿行至少700多年才能被我們看見，因此我們現(xiàn)在看到的其實是它700多年前的樣子。多年來人類從未停止觀測這顆恒星，724光年在宇宙中并不是很遙遠的距離，所以我們不得不時刻提防這位“鄰居”。

參宿四亮度下降。

如果爆發(fā)會多亮？

爆發(fā)的超新星非常明亮，亮度在短時間內可超過其所在星系里數(shù)千億顆恒星亮度的總和，成為整個星系里亮度最高的光源。超新星有一周左右的亮度提升期，亮度可以保持若干天的最高值，然后漸漸變暗，直到暗淡無光。

如果參宿四爆發(fā)，能有多亮？雖然我們無法近距離測量每一顆恒星的亮度，但是以恒星和地球的距離為依據(jù)，對它們的亮度進行修正，就能得出絕對星等，也就是它們的實際亮度。如果參宿四以II型超新星形式爆發(fā)，絕對星等約為-17。這個數(shù)值的絕對值越小，天體越明亮。例如，太陽的絕對星等為4.83，實際亮度只有這顆超新星的五億分之一。

另一種測量方法是視星等。顧名思義，視星等測量的是從地球觀測到恒星的亮度。無論多么明亮的恒星，它離地球越遠，我們看到的它越暗淡。參宿四距離我們再怎么近，其實還是很遠，如果以視星等來衡量，那么其爆發(fā)峰值的視星等為-10。作為參照，地球天空中最明亮的天體——太陽的視星等為-26.74，即太陽在地球天空中的亮度是參宿四爆發(fā)亮度的約500萬倍。如果參宿四爆發(fā)，那么其夜晚最高亮度接近甚至可能超過滿月，最高亮度期會持續(xù)3個月。

爆發(fā)后的參宿四在地球夜空中的亮度（模擬圖）。

生命周期

恒星的一生是與引力對抗的一生。引力一個勁兒地迫使恒星向內坍縮，而恒星內核中的高溫高壓促使核聚變反應猛烈進行，由此產(chǎn)生的巨大離心壓力抵消了重力造成的坍縮。這兩股力量的抗衡，維持了恒星的形狀。

恒星釋放的光和熱都來自核聚變反應。1千克氫經(jīng)核聚變反應能釋放相當于4000噸石油完全燃燒釋放的熱量。在太陽核心，每秒有6.2億噸氫聚變成氦。太陽還能持續(xù)燃燒50多億年，但參宿四這種級別的紅超巨星只需幾百萬年就會耗盡燃料。

當巨型恒星核心的氫完全耗盡，它就無法完全抵抗引力，內層開始坍縮，使核心溫度和壓力進一步上升。這個過程會加速氫聚變反應，由此產(chǎn)生的巨大能量導致巨型恒星外層物質向外膨脹，使巨型恒星成為一個紅色巨人——紅超巨星。當膨脹到一定程度時，它的核心開始坍縮，氦開始聚變成碳。當氦耗盡后，紅超巨星的核心再次坍縮，溫度和密度進一步提高，最終達到碳聚變的反應溫度，于是碳聚變?yōu)槟省＿@個反應鏈條會一直持續(xù)，直到紅超巨星的核心充滿鐵原子。鐵聚變反應吸收的能量大于釋放的能量，導致恒星能量入不敷出。此時紅超巨星徹底失去抗衡自身引力的最后力量，開始猛烈坍縮，核心溫度超過1000億開氏度。帶正電的原子核在高壓下被擠在一起，原子核之間互相排斥的力量克制引力，于是恒星核猛烈向外爆發(fā)，形成宇宙中最壯觀的景象——超新星。

超新星爆發(fā)將75%的自身物質拋灑到星際空間。爆發(fā)后，如果殘留的核心質量在1.4～5倍太陽質量范圍內，就會坍縮成一顆中子星。如果核心質量更大，則會形成黑洞。

恒星的生命周期。

塵埃遮擋光芒

科學家猜測，參宿四內部活動不穩(wěn)定可能造成了它的亮度下降。和太陽大氣一樣，參宿四的外層大氣中也有對流單元，這由恒星大氣不同區(qū)域的溫度、壓力和密度差異所導致。參宿四的對流單元直徑最大可達參宿四自身直徑的60%，如此巨大的對流單元會讓參宿四表面的溫度迅速下降。

對流會導致降溫，塵埃則會導致參宿四亮度下降。智利的帕瑞納天文臺所在地干燥少云，利于觀測。從2019年12月起，科學家利用該天文臺的甚大望遠鏡對參宿四進行持續(xù)觀測，試圖破解參宿四變暗之謎。

第一批觀測結果還待處理。閑下來的科學家，利用甚大望遠鏡上一個專門用于搜尋系外行星的設備拍攝了一張參宿四照片。碰巧的是，這臺設備2019年1月也拍攝了一張參宿四照片。兩相對比，新照片中參宿四的亮度不但明顯下降，而且沒有1月時均勻——參宿四超過一半的面積都變暗了。

2019年12月，甚大望遠鏡搭載的中紅外成像光譜儀捕捉到了參宿四噴射出的塵埃。天文學家猜測，參宿四很可能朝地球方向（不是正對地球）噴射出大量塵埃。塵埃阻擋了參宿四的很大一部分光芒，這是參宿四亮度突然下降最可能的原因。

照片中參宿四周圍類似火焰的部分，是它向周圍噴射出的羽狀塵埃形成的星云。因為該星云完全被參宿四的光芒掩蓋，所以無法用可見光譜望遠鏡發(fā)現(xiàn)。通過觀測參宿四，天文學家知道紅超巨星能夠在成為超新星之前就形成星云。

參宿四亮度下降的原因可能是被自身噴射的塵埃遮擋。

據(jù)預測，參宿四可能會在近10萬年內爆發(fā)，但應該不會在短期內爆發(fā)。因此，一些人將觀測超新星爆發(fā)的期望寄托在距離地球1800光年外的KIC9832227這個雙恒星系統(tǒng)。從地球看去，KIC9832227其中一顆恒星在經(jīng)過另一顆恒星前方時會短暫遮掩對方的光芒。2013年，科學家注意到這個雙星系統(tǒng)的亮度出現(xiàn)明顯變化，經(jīng)過多年觀測和研究，科學家認為這兩顆恒星即將融合成為一顆紅色超新星。

最近一次超新星爆發(fā)

1987年2月23日是被載入天文史的一天。當天，位于大麥哲倫星系的一顆超新星發(fā)出的光線在太空中穿行16.8萬年后到達地球，這顆超新星被命名為1987A。它的亮度于當年5月達到最高，視星等為3，全夜空亮度排名在171名之后。然后，1987A逐漸轉暗。

1987A為天文學家提供了一次觀測近距離超新星爆發(fā)的寶貴機會，也讓關于超新星的理論有了驗證機會。在1987A的光線到達地球的三小時前，其爆發(fā)產(chǎn)生的中微子如幽靈般快速穿過地球。多國的中微子探測站捕捉到了1987A發(fā)出的25個中微子。中微子比超新星光線更早到達地球并不是因為中微子的移動速度更快，而是因為超新星爆發(fā)會先釋放中微子，然后才釋放可見光。

1987A爆發(fā)后形成的星云。

基本信息

一顆紅超巨星;位于獵戶座的右肩，為獵戶座第2亮星;最亮時為夜空第9亮星;“參宿四”的英文名來源于阿拉伯語，意思是巨人的肩膀或腋窩;年齡1000萬歲;距離地球724光年;質量是太陽的15倍;體積是太陽的7億倍。