科技日報記者唐婷
冬季是觀賞獵戶座的好時節(jié)。細(xì)心的你，在冬季仰望星空時，肯定會注意到獵戶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 ，引起了天文學(xué)家和天文愛好者的密切關(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(jiān)測有著怎樣的科學(xué)意義？
帶著這些問題，科技日報記者采訪了相關(guān)專家。
小幅度亮度變化不能說明即將爆發(fā)
從 2019 年 10 月開始，參宿四一直在變暗。今年 1 月底，它突然開始變亮了。有人認(rèn)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?yàn)槌滦潜l(fā)之后 10 天左右，甚至 5 天左右，會比爆發(fā)前亮大約幾萬倍以上。 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，參宿四不僅沒有繼續(xù)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，之前的變亮只是它的常規(guī)變化行為，并不是因?yàn)樗呀?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(xiàn)出的明暗變化，是超新星爆發(fā)的前兆嗎？
半徑的變化會使參宿四的亮度發(fā)生明暗交替變化，歷史上人類監(jiān)測到它至少發(fā)生過 1 個星等的變化，所以目前出現(xiàn)的小幅度亮度變化并不能直接說明它即將爆發(fā)。 中國科學(xué)院國家天文臺副研究員張?zhí)烀确治龅馈?/p>
紅超巨星是恒星演化到生命末期的結(jié)局之一，其大小可能會超過數(shù)百倍太陽半徑。因?yàn)槠鋬?nèi)部核反應(yīng)的燃料已經(jīng)逐漸耗盡，引力和輻射壓的平衡隨時會被打破，所以處于一個極不穩(wěn)定的階段。
紅超巨星的半徑會隨著時間不斷變化。引力占上風(fēng)的時候，它開始收縮，隨著輻射壓的回升，它又會膨脹。直到引力的優(yōu)勢越過某個平衡點(diǎn)，整個恒星徹底塌縮，最終形成超新星爆發(fā)。但在最終爆發(fā)之前，半徑的變化會持續(xù)幾十萬年。
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(xù)變暗意味著什么？
在王善欽看來，參宿四走過了近千萬年的歲月，而人類記載它亮度變化的歷史不過幾百年而已。也許它在此前就多次變暗，只是人類沒發(fā)現(xiàn)或者沒有記載，所以才覺得這次的變暗的程度特別夸張。
持續(xù)變暗，也可能說明它正加速走向生命終點(diǎn)。當(dāng)前的理論并沒有預(yù)測大質(zhì)量恒星在即將死亡時會持續(xù)變暗，因此我們并不能斷言它會立即爆發(fā)為超新星。 王善欽指出。
超新星爆發(fā)時間難以準(zhǔn)確預(yù)測
參宿四距離地球約 700 光年，從天文學(xué)尺度來看，這是一個相對近的距離。假如它爆發(fā)為超新星，人類用肉眼就可以見證一次壯觀的銀河系內(nèi)超新星爆發(fā)。上一次人類觀測到銀河系內(nèi)超新星爆發(fā)還是在 1604 年，當(dāng)時被觀測到的超新星被命名為 開普勒超新星 。
對于超新星爆發(fā)這一天文奇觀，人們自然充滿期待。那么，參宿四到底什么時候會發(fā)生超新星爆發(fā)？
大質(zhì)量恒星演化的尺度是幾百萬年，即使確定其到了末期，當(dāng)前的理論也無法精確預(yù)測到年的量級，所以超新星爆發(fā)的精確時間難以預(yù)測。我們只能說它很可能在未來十幾萬年內(nèi)爆發(fā)，但無法說它會在哪一年爆發(fā)。 王善欽表示。
有科學(xué)家估算過，現(xiàn)在人類可觀測到的宇宙中，平均每 1 秒鐘就有 1 顆超新星爆發(fā)。但因?yàn)樗鼈兌继幱谶b遠(yuǎn)的星系中，肉眼很難看到。天文學(xué)家并不能預(yù)知某個位置會有超新星爆發(fā)，因?yàn)樗诒l(fā)前根本無法觀測到。
尋找超新星并不是件容易的事情。張?zhí)烀冉榻B，超新星的發(fā)現(xiàn)需要用望遠(yuǎn)鏡對大范圍的天空進(jìn)行長期重復(fù)性的觀測，利用計算機(jī)軟件進(jìn)行圖像處理，找到其中發(fā)生變化的亮點(diǎn)。望遠(yuǎn)鏡每拍攝 1 張照片，可能會發(fā)現(xiàn)上千個變化的亮點(diǎn)，其中有宇宙線、移動天體、活動星系核、變星，甚至于望遠(yuǎn)鏡自己的瑕疵等，所以需要進(jìn)行復(fù)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間的變化，才能最終確認(rèn)它是一顆超新星，并用于科學(xué)研究。
一方面超新星爆發(fā)時間難以準(zhǔn)確預(yù)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(yuǎn)，在爆發(fā)后幾小時左右甚至幾天以上才會亮到足以被望遠(yuǎn)鏡觀測到。因此，目前對超新星爆發(fā)早期的觀測數(shù)據(jù)確實(shí)比較少。 王善欽指出。
爆發(fā)早期數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可以為天文學(xué)家了解恒星在生命終點(diǎn)是如何演化提供線索。
大質(zhì)量恒星在爆發(fā)前一段時間會通過星風(fēng)拋出大量物質(zhì)，超新星爆發(fā)后極早期的激波穿過這些物質(zhì)并與其發(fā)生相互作用，會在光譜和測光數(shù)據(jù)上留下痕跡。利用這些數(shù)據(jù)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?zhí)烀冉榻B。
有些超新星是爆發(fā)在雙星系統(tǒng)中，比如 Ia 型超新星。目前還沒有直接觀測證據(jù)指出 Ia 型超新星的伴星是什么類型的恒星。如果有超新星爆發(fā)后極早期的觀測數(shù)據(jù)，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(rèn)為，通過超新星早期觀測數(shù)據(jù)，有助于天文學(xué)家揭示出其前身星周圍介質(zhì)的物理性質(zhì)，也有助于推斷其內(nèi)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(nèi)的分布情況。
為了更多地掌握超新星爆發(fā)早期的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家開展了相關(guān)工作。隨著大視場望遠(yuǎn)鏡和探測器的增多，科學(xué)家重復(fù)監(jiān)測夜空的頻率越來越高，將有更多的超新星在爆發(fā)后 1 天之內(nèi)被發(fā)現(xiàn)。
對超新星爆發(fā)早期觀測最成功的望遠(yuǎn)鏡之一是已經(jīng)退役的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡，其主要任務(wù)是搜索系外行星。它對天空中的某些區(qū)域每隔半個小時左右重復(fù)觀測一次，因此很幸運(yùn)地捕捉到多顆超新星在爆發(fā)極早期的數(shù)據(jù)，比如 2018 年發(fā)現(xiàn)的 SN2018oh，在爆發(fā)后一天內(nèi)就被發(fā)現(xiàn)。
雖然開普勒望遠(yuǎn)鏡觀測到多顆超新星，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，它一直是肉眼可見的，科學(xué)家也一直在監(jiān)測它。如果它爆發(fā)為超新星，此后變亮的每一個階段都可以被看到，天文學(xué)家可以得到非常完整的觀測數(shù)據(jù)。 王善欽指出。另外，由于它很近，地球上的幾個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，并通過這些中微子來研究此類爆發(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(xiàn)的 SN1987A，它與地球的距離大約是 17 萬光年。
