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香港輕新聞特約編輯,軍武 / 科普愛好者
2019年底參宿四的「疑似」大爆炸,其實也是來自一個不小的爆炸—參宿四的對流層忽然炸出一片數個月球質量的物質進入太空,並形成大片掩蓋部分星光的塵埃雲,有人稱為表面物質拋射。(圖片來自連結)
參宿四不單是一般人與天文愛好者都共同熟知的恆星「明星」之一,它算是天文學界長年研究的對像之一,其主因無非有二:1. 它可能會在不久的將來發生超新星爆炸毀滅;2. 它擁有特異的雙周期變光,而且其長周期變光模式直到最近還是無法解釋的。
參宿四於2019年底到2020年初大幅度變暗,讓人差點以為該星正踏入超新星爆發前的最後階段。後來才發現應該是參宿四光球層向太陽方向噴出質量相當於數個月球的物質,這些物質在冷卻後形成塵埃雲,大幅降低恆星可視亮度所致。雖然這代表參宿四已相當不穩定,但遠未到爆炸的階段。
參宿四的光度變化,說穿了就是一種恆星掩星現像,不過因為伴星在主星大氣層內,而且還未開始發光,光度變化沒有那麼明顯,所以看起來不太像一般的蝕雙星而已。(圖片來自連結1及連結2)
不過參宿四有個自近代望遠鏡天文學開始以來都未解決的問題:它一直有個解釋不了的雙變光周期,第一個較短的的脈動很早就知道是該星定期膨漲收縮的結果,但更穩定的六年長周期變光則一直沒有確實的結論,更成為近代天文學一直以來的懸案之一。直到最近,謎題終於解開。
左為2019年中拍攝的參宿四表面照片,當時其北半部已有奇怪的凸起。事實上光斑面代表色球層(中大氣層)加上日冕,較長時間曝光下本來就相當突出,這區溫度雖高,氣體密度卻低得多。左邊是北雙子座望遠鏡「Alopeke」散斑成像儀系統拍到的照片,藍色者為參宿四伴星及其氣體團所在區域,其伴星其實仍在前主序星階段,仍未能透過聚變發光,所以相當暗淡。設刺的是,兩星雖同時間形成,但經過1000萬年,主星已即將爆發,但伴星卻仍未成為恆星。更有甚者,就算沒有融合的問題,參宿四一旦變成超新星,伴星在這個距離也根本不可能幸存。(圖片來自連結1及連結2)
由於光度變化在長期觀測史而言都相當固定,甚至比短周期還固定,一直有天文學家認為這是由於參宿四有伴星所致。然而即使動用了哈勃與錢德拉卡太空望遠鏡,都沒法獲得伴星成像。根據SPACE.COM報道,以哈佛大學、西北大學天文學家為首的跨大學團隊,利用國際合資並位於美國夏威夷毛納基山山頂的北雙子星望遠鏡進行觀測,他們採用了新的「Alopeke」散斑成像儀系統,對參宿四採用多次極短曝光然後影像疊加的方法,以消除地球大氣層長期曝光造成的影像畸變(以及主星本身的強光干擾),最終拍攝到參宿四的伴星,並將研究結果刊登於英國物理學會科學期刊上。
天琴座OB1星協四群組,主要都是來自獵戶座分子雲和塵埃帶,成員包括巴納德環、IC 434(馬頭星雲)、M78及M42星雲等。當中參宿四及其伴星雖然也是星協成員之一,但因為形成較早(1000萬年前)且跑得更快,已比其他成員早一步脫離。(圖片來自連結)
參宿四原本是來自獵戶座OB1星協的恆星形成區,其形成之初本身就是雙星系統,且距離不遠(最初可能在相當於太陽與天王星的距離,且質量相當於1.5倍太陽,之所以我們觀測不到,首先原因是作為巨大恆星,參宿四在形成後相對短得多的時間就開始發光,但伴星仍未達到內部發生核聚變的狀態,光度當然嚴重不足了;其次,在形成期間伴星一直吸收參宿四噴發的恆星風和氣體,但在質量增加而且恆星氣體形成的阻力下,伴星的角動量一直減少,致使伴星一直處於向參宿四表面旋近的狀態,且現時該伴星早就在參宿四相當稀薄的色球層(即恆星的中大氣層)內運動。若果用大型望遠鏡連續曝光的話,伴星根本就在光斑當中,一般曝光模式當然不會觀測到了!
V838 Monocerotis 密近雙星大約於2002年合併,由於V838是在星雲內,其強光在往後數年內於星雲內形成強烈的光回波現象,看起來就像氣體雲的高速膨漲般。(動圖來自維基百科)
雖然這也不是什麼參宿四可能發生超新星爆發的新證據,但人類正在目擊一場「星體災難」的發生—這其實是恆星合併的早期階段,天文學家估計一萬年伴星就會撞上參宿四的光球層/對流層內。人類到現在除極遠距離以重力波形式探測到中子星或黑洞合併外,只有三次銀河系內的確認觀測案例(V1309 Sco、V838 Monocerotis、V4332 Sagittarii),且只有一例發生在6000光年內。在可見的將來,也只有參宿四的合併最接近地球。
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