参宿四的神秘 “大变光”可能已经被一个徘徊的黑洞触发

By Paul Sutter

2022/11/16

Science & Astronomy

“引力变暗”可以解释这一奇怪的插曲。

 这些用欧洲南方天文台非常大望远镜的SPHERE仪器拍摄的照片显示这颗红色超巨星参宿四在它的2019年底和2020年初前所未有的变暗的表面。最左边的照片拍摄于2019年1月，显示这颗恒星在它的正常亮度，而剩下的从2019年12月、2020年1月和2020年3月的照片都是当这颗恒星的亮度已经值得注意的下降时拍摄的，特别是在它的南部区域。该亮度在2020年4月回到了正常。(Image credit: ESO/M. Montargès et al.)

2019年底，恒星参宿四变暗了约60%。虽然不可能确切来说到底是什么造成了它，但新的研究提出一个流浪的伴侣可能已经起了一个角色。通过摆动靠近这颗巨星，这个闯入者可能升起了一个潮汐凸起，造成参宿四的表面来变暗。研究人员在一篇新论文中提出，虽然这种场景不能解释观测到的全部变暗量，但它可能已经在这颗恒星上触发了其他影响，使这个问题更糟。

参宿四是天空中最容易辨认的恒星之一。你能把它看作为猎户座的明亮红色肩，通常是天空中第十位最亮的恒星。如果你把这个红色超巨星放在我们的太阳系中，它会吞噬所有内部的岩石行星并从太阳延伸到火星和木星之间的小行星带。

参宿四几乎已经准备好要死亡。它是巨大的，因为它很久以前停止了在它的核将氢聚变到氦。围绕那个核的是燃烧的氢的外壳。以核内和核周围聚变反应的强度，能量将大气层的外层向外推，迫使这颗恒星来扩张。

像参宿四这样的红色超巨星是在宇宙体积最大的恒星之中。它们也令人难以置信的明亮。用它们的单一的表面积，它们能泵出巨大量的光尽管是相对凉的。

因此自然的天文学家在2019年底当参宿四没有任何表观原因开始了变暗时是非常惊讶的。这个变暗持续到2020年初，在它的最低点参宿四的绝对亮度下降了约60%。刚好随机的一样，这个变暗在2020年2月停止而这颗恒星又开始了变亮，现在已经达到了它的正常强度水平。

回到半个世纪前天文学家有参宿四的记录，在这些记录中，他们不可能找到2019年事件的先例。如此凡是造成了就像它被称为的“大变光”的一定一直是超常的。

引力变暗

凡是造成了变暗的也一定已经来自恒星本身之外的一种情况，而不是由于参宿四内部操作的一些根本的变化。这是因为对核聚变反应变化不会在仅几个月内停止和开始。在核中只是有太多的质量，而由核聚变反应释放的能量也是太高，不能支持这种快速的变化。

天文学家已经提出了许多可能性，包括恒星爆发或环绕的巨大尘埃团块。一种可能性是参宿四的外层大气层的形状变化了，造成一个亮度中的转移。一颗恒星的大气层的亮度关键的依靠那个最外层大气层离核核（以及任何周围的壳）有多远。这是因为恒星不是固体物体而是巨大的气体球。恒星以它们自己的引力的重量把它们把持在一起，但这种力被它们核中释放的（字面上的）爆炸能量抵消。

如此一颗恒星的表面总被在这两种力之间平衡。这个平衡点所在的位置决定恒星的温度，而它的温度决定了它的亮度。

当恒星太快旋转时天文学家能看到这个的影响。当它们这样做时相对于两极旋转力凸出它们的赤道。这使得恒星的赤道离核更远，这降低温度进而降低亮度。这种“引力变暗”使一些恒星在它们的两极显得比围绕它们的中间更亮。

一个不守规矩的邻居

参宿四没有正在旋转的足够快让这是这个问题的一个根源，但非旋转的东西能在一颗恒星的一侧抬高凸起。如果一个随机的访客就像一个小黑洞太近的摆动过了这颗恒星，它可能刚好以在地球上月球升起潮汐的同一方式升起潮汐。

随这个潮汐到位，赤道会变暗，一道有整个恒星的外观。然而，一旦这位游客离开，参宿四可以回到正常，所有它的大气层在正确的地方，重新开始它的通常的大量辐射输出。

一组天文学家调查了这一场景，他们的工作发表在《皇家天文学会月刊》上。在调查一个未知的、隐藏的访客短暂摇摆进入参宿四系统的质量和速度的一些选择后，天文学家们得出这种场景不能解释全部60%变暗的结论，。

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然而，游客的路过可能已经造成其他影响，比如一个强烈的恒星爆发。结合被潮汐效应造成的引力变暗，大量的甩出物质可能已经短暂的模糊了我们的参宿四的观望，总的效果解释这个大变光。

天文学家可能永远不能完全理解2019年底参宿四发生了什么。毕竟，这在我们所有关于这个著名恒星的记录中只发生过一次。对参宿四和其他类似的红超巨星的进一步观察可能会揭示一个答案。虽然来自一个被与一个黑洞近距离遭遇升起的潮汐凸起引力变暗以及跟着发生的笼罩物质的爆发的结合可能似乎有些牵强，但用有限的证据，我们只能编造最好的可能的故事。