冬季是觀(guān)賞獵戶(hù)座的好時(shí)節。細心的你，在冬季仰望星空時(shí)，肯定會(huì )注意到獵戶(hù)座左肩位置那顆紅色的星星。它就是大名鼎鼎的參宿四，冬季夜空里最亮的恒星之一。

　　最近，參宿四的一些奇怪“舉動(dòng)”，引起了天文學(xué)家和天文愛(ài)好者的密切關(guān)注。人們猜測，忽明忽暗的它，是不是即將或已經(jīng)爆發(fā)成了超新星?如果不是，參宿四亮度變化的原因有哪些?對超新星爆發(fā)進(jìn)行早期監測有著(zhù)怎樣的科學(xué)意義?

　　帶著(zhù)這些問(wèn)題，科技日報記者采訪(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。

　　小幅度亮度變化不能說(shuō)明即將爆發(fā)

　　從 2019 年 10 月開(kāi)始，參宿四一直在變暗。今年 1 月底，它突然開(kāi)始變亮了。有人認為，這是超新星爆發(fā)的前兆，甚至猜測它已經(jīng)爆發(fā)，成了一顆超新星。

　　“要判斷它是否真的已經(jīng)爆發(fā)為超新星，必須等幾天，因為超新星爆發(fā)之后 10 天左右，甚至 5 天左右，會(huì )比爆發(fā)前亮大約幾萬(wàn)倍以上。”天體物理學(xué)博士王善欽表示。

　　事實(shí)上，在經(jīng)歷短暫變亮后，參宿四不僅沒(méi)有繼續增亮，反而又暗了下去。2 月 2 日，它的亮度降到了 1.6 等左右。在王善欽看來(lái)，之前的變亮只是它的常規變化行為，并不是因為它已經(jīng)爆發(fā)為超新星。

　　作為一顆紅超巨星，參宿四正在走向生命終點(diǎn)。目前它表現出的明暗變化，是超新星爆發(fā)的前兆嗎?

　　“半徑的變化會(huì )使參宿四的亮度發(fā)生明暗交替變化，歷史上人類(lèi)監測到它至少發(fā)生過(guò) 1 個(gè)星等的變化，所以目前出現的小幅度亮度變化并不能直接說(shuō)明它即將爆發(fā)。”中國科學(xué)院國家天文臺副研究員張天萌分析道。

　　紅超巨星是恒星演化到生命末期的結局之一，其大小可能會(huì )超過(guò)數百倍太陽(yáng)半徑。因為其內部核反應的燃料已經(jīng)逐漸耗盡，引力和輻射壓的平衡隨時(shí)會(huì )被打破，所以處于一個(gè)極不穩定的階段。

　　紅超巨星的半徑會(huì )隨著(zhù)時(shí)間不斷變化。引力占上風(fēng)的時(shí)候，它開(kāi)始收縮，隨著(zhù)輻射壓的回升，它又會(huì )膨脹。直到引力的優(yōu)勢越過(guò)某個(gè)平衡點(diǎn)，整個(gè)恒星徹底塌縮，最終形成超新星爆發(fā)。但在最終爆發(fā)之前，半徑的變化會(huì )持續幾十萬(wàn)年。

　　相對于短暫變亮，參宿四目前的主要趨勢仍然是變暗。那么，持續變暗意味著(zhù)什么?

　　在王善欽看來(lái)，參宿四走過(guò)了近千萬(wàn)年的歲月，而人類(lèi)記載它亮度變化的歷史不過(guò)幾百年而已。也許它在此前就多次變暗，只是人類(lèi)沒(méi)發(fā)現或者沒(méi)有記載，所以才覺(jué)得這次的變暗的程度特別夸張。

　　“持續變暗，也可能說(shuō)明它正加速走向生命終點(diǎn)。當前的理論并沒(méi)有預測大質(zhì)量恒星在即將死亡時(shí)會(huì )持續變暗，因此我們并不能斷言它會(huì )立即爆發(fā)為超新星。”王善欽指出。

　　超新星爆發(fā)時(shí)間難以準確預測

　　參宿四距離地球約 700 光年，從天文學(xué)尺度來(lái)看，這是一個(gè)相對近的距離。假如它爆發(fā)為超新星，人類(lèi)用肉眼就可以見(jiàn)證一次壯觀(guān)的銀河系內超新星爆發(fā)。上一次人類(lèi)觀(guān)測到銀河系內超新星爆發(fā)還是在 1604 年，當時(shí)被觀(guān)測到的超新星被命名為“開(kāi)普勒超新星”。

　　對于超新星爆發(fā)這一天文奇觀(guān)，人們自然充滿(mǎn)期待。那么，參宿四到底什么時(shí)候會(huì )發(fā)生超新星爆發(fā)?

　　“大質(zhì)量恒星演化的尺度是幾百萬(wàn)年，即使確定其到了末期，當前的理論也無(wú)法精確預測到年的量級，所以超新星爆發(fā)的精確時(shí)間難以預測。我們只能說(shuō)它很可能在未來(lái)十幾萬(wàn)年內爆發(fā)，但無(wú)法說(shuō)它會(huì )在哪一年爆發(fā)。”王善欽表示。

　　有科學(xué)家估算過(guò)，現在人類(lèi)可觀(guān)測到的宇宙中，平均每 1 秒鐘就有 1 顆超新星爆發(fā)。但因為它們都處于遙遠的星系中，肉眼很難看到。天文學(xué)家并不能預知某個(gè)位置會(huì )有超新星爆發(fā)，因為它在爆發(fā)前根本無(wú)法觀(guān)測到。

　　尋找超新星并不是件容易的事情。張天萌介紹，超新星的發(fā)現需要用望遠鏡對大范圍的天空進(jìn)行長(cháng)期重復性的觀(guān)測，利用計算機軟件進(jìn)行圖像處理，找到其中發(fā)生變化的亮點(diǎn)。望遠鏡每拍攝 1 張照片，可能會(huì )發(fā)現上千個(gè)變化的亮點(diǎn)，其中有宇宙線(xiàn)、移動(dòng)天體、活動(dòng)星系核、變星，甚至于望遠鏡自己的瑕疵等，所以需要進(jìn)行復雜的判斷和篩選，才能找到超新星候選體。對于這些候選體，還要更進(jìn)一步拍攝追蹤其光譜和光度隨時(shí)間的變化，才能最終確認它是一顆超新星，并用于科學(xué)研究。

　　“一方面超新星爆發(fā)時(shí)間難以準確預測;另一方面，絕大部分超新星爆發(fā)發(fā)生在銀河系之外，非常遙遠，在爆發(fā)后幾小時(shí)左右甚至幾天以上才會(huì )亮到足以被望遠鏡觀(guān)測到。因此，目前對超新星爆發(fā)早期的觀(guān)測數據確實(shí)比較少。”王善欽指出。

　　爆發(fā)早期數據有助于揭示前身星性質(zhì)

　　超新星爆發(fā)是恒星演化的最后一步，其極早期的數據可以為天文學(xué)家了解恒星在生命終點(diǎn)是如何演化提供線(xiàn)索。

　　“大質(zhì)量恒星在爆發(fā)前一段時(shí)間會(huì )通過(guò)星風(fēng)拋出大量物質(zhì)，超新星爆發(fā)后極早期的激波穿過(guò)這些物質(zhì)并與其發(fā)生相互作用，會(huì )在光譜和測光數據上留下痕跡。利用這些數據可以推斷拋出物質(zhì)的成分和空間分布，對恒星演化模型進(jìn)行校正。”張天萌介紹。

　　有些超新星是爆發(fā)在雙星系統中，比如 Ia 型超新星。目前還沒(méi)有直接觀(guān)測證據指出 Ia 型超新星的伴星是什么類(lèi)型的恒星。如果有超新星爆發(fā)后極早期的觀(guān)測數據，就有可能探測到爆發(fā)激波與伴星的相互作用，進(jìn)而確定伴星的大小、軌道半徑等信息，為超新星前身星的爆發(fā)模型給出很好的限定。

　　同樣，王善欽也認為，通過(guò)超新星早期觀(guān)測數據，有助于天文學(xué)家揭示出其前身星周?chē)橘|(zhì)的物理性質(zhì)，也有助于推斷其內部合成放射性元素的具體性質(zhì)，比如放射性元素的質(zhì)量與放射性元素在超新星噴射物內的分布情況。

　　為了更多地掌握超新星爆發(fā)早期的數據，天文學(xué)家開(kāi)展了相關(guān)工作。隨著(zhù)大視場(chǎng)望遠鏡和探測器的增多，科學(xué)家重復監測夜空的頻率越來(lái)越高，將有更多的超新星在爆發(fā)后 1 天之內被發(fā)現。

　　對超新星爆發(fā)早期觀(guān)測最成功的望遠鏡之一是已經(jīng)退役的開(kāi)普勒太空望遠鏡，其主要任務(wù)是搜索系外行星。它對天空中的某些區域每隔半個(gè)小時(shí)左右重復觀(guān)測一次，因此很幸運地捕捉到多顆超新星在爆發(fā)極早期的數據，比如 2018 年發(fā)現的 SN 2018oh，在爆發(fā)后一天內就被發(fā)現。

　　雖然開(kāi)普勒望遠鏡觀(guān)測到多顆超新星，也幾乎是完全覆蓋了爆發(fā)早期，但參宿四比它們都要近得多，因此天文學(xué)家對它尤為關(guān)注。

　　“參宿四距離地球很近，它一直是肉眼可見(jiàn)的，科學(xué)家也一直在監測它。如果它爆發(fā)為超新星，此后變亮的每一個(gè)階段都可以被看到，天文學(xué)家可以得到非常完整的觀(guān)測數據。”王善欽指出。另外，由于它很近，地球上的幾個(gè)中微子探測器可以非常容易地探測到它爆發(fā)后發(fā)出的中微子，并通過(guò)這些中微子來(lái)研究此類(lèi)爆發(fā)的重要性質(zhì)。此前被探測到中微子的超新星只有 1987 年發(fā)現的 SN 1987A，它與地球的距離大約是 17 萬(wàn)光年。
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