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红超巨星参宿四为何突然变暗(新知)

  中国科学院国家天文台供图

  日前,国际科学期刊《自然·通讯》在线发布了中国科学院国家天文台赵刚研究团队的一项最新成果。该团队通过对从山东大学威海天文台获得的高分辨率近红外光谱进行分析,揭示红超巨星参宿四的神秘变暗是由于其表面出现恒星巨黑子造成,对这一广受天文学家和公众关注的现象提出了新的物理解释。

  参宿四又称为猎户座α星,是一颗位于猎户座肩部的红色恒星,它在夜空中异常明亮,肉眼清晰可见。2019年10月至2020年2月,参宿四出现了神秘的变暗现象,引起了全世界天文学家和公众的关注与想象。作为一颗呈现周期性和有时不规则光度变化的变星,这是参宿四近50年来被观测到的最显著的一次变暗现象。它变暗了约一个星等(亮度减弱2.5倍),在夜空中肉眼可辨。对此,世界各地的天文学家提出几种可能的解释,如超新星爆发前演化阶段、尘埃云的遮挡或恒星光球亮度的变化。

  参宿四是夜空中在近红外波段最亮的恒星,因此近红外波段是研究参宿四这类红巨星最合适的观测波长。研究人员从山东大学威海天文台获取了参宿四变暗过程的高分辨率近红外光谱,并对其进行仔细分析。“凭借我们的光谱分析优势,我们的研究目的是了解参宿四神秘变暗的可能原因。”该研究的通讯作者赵刚研究员说。

  进行光谱分析时,研究人员还开发了一种特殊的方法来确定红巨星的有效温度。来自俄罗斯的中国科学院国家天文台博士后索菲娅·阿列克谢娃是这项研究的第一作者。她介绍说:“我们的方法是基于对光谱中TiO和CN分子线的测量。恒星温度越低,其大气中形成和存在的分子就越多,恒星光谱中的分子线也就越强。在更热的大气中,分子很容易分解,无法存在。”

  “我们发现,2020年1月31日,参宿四在最低光度下的有效温度是3476K。然而,亮度恢复后的2020年4月6日,其有效温度为3646K。而这170K的有效温度变化足以解释这种神秘的变暗现象。”索菲娅·阿列克谢娃说。

  是什么导致有效温度下降170K?原因可能是参宿四表面巨黑子引起的。红超巨星表面存在黑子是一个众所周知的现象。这些黑子很可能是对流流动或冷对流元形成的,并广泛存在于这些恒星中。赵刚研究员表示:“我们的发现将有助于更好理解红超巨星的性质,红超巨星也是宇宙中重元素增丰的主要贡献者。”

  《 人民日报 》( 2021年08月16日 19 版)