巨星参宿四沸腾的表面可能正在制造一种幻觉

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模拟参宿四的快照显示了对流如何主宰其表面（右）蓝色斑块显示了参宿四远离地球的区域，红色区域是朝向地球移动的区域。（图片来源：MPA/Ma、JingZe等）

（）据美国太空网（Robert Lea）：最近对猎户座参宿四的观测为这颗红超巨星揭开了神秘面纱。他们认为，它的自转速度比其大小的恒星所能达到的速度要快得多。

现在，由马博士生领导的马克斯·普朗克天体物理研究所的一个团队可能会解释为什么参宿四旋转得如此之快。研究人员说，也许这实际上是恒星剧烈沸腾表面产生的幻觉。

马和他的同事们认为，即使是最先进的望远镜，这颗恒星冒泡的表面也可能被误认为是自转。这一错误可能会导致观察者认为，距离地球500至600光年的参宿四的自转速度似乎比如此巨大的恒星所能达到的速度还要快。

马告诉Space.com：“对大多数人来说，恒星只是天空中的发光点。我们的研究结果再次强调，像参宿四这样的恒星在表面有着如此剧烈的沸腾运动，我们可以在望远镜中看到这些运动。”

参宿四是一颗臭名昭著的红超巨星，最近因其变暗导致科学家猜测它可能即将爆炸而成为头条新闻。

塞尔玛·德·明克说：“大多数恒星都只是夜空中的微小光点。参宿四非常大，而且非常近，用最好的望远镜，它是我们真正观察和研究其沸腾表面的极少数恒星之一。”，
该研究的合著者、马克斯·普朗克天体物理研究所所长在一份声明中说。“它仍然有点像科幻电影，就好像我们去那里近距离观看一样。结果非常令人兴奋。”

参宿四，参宿四！

参宿四是地球上北半球最亮的恒星之一，这意味着它被充分研究——但正如对其变暗的观察所表明的那样，这并不意味着它不能带来惊喜。

参宿四直径超过6.2亿英里（10亿公里），比太阳大1000多倍，是已知宇宙中最大的恒星之一。如果太阳和参宿四互换，红超巨星被放置在太阳系的中心，它将吞噬水星、金星、地球和火星，其大气层将一直延伸到木星轨道。

这样的大质量恒星预计会有相对稳定的自转速度。这是因为当恒星在红巨星阶段“膨胀”并膨胀时，角动量守恒表明它们的自转应该会减慢。这类似于地球上的滑冰运动员放下并展开手臂来减缓旋转。

然而，最近对参宿四的观测，特别是使用位于智利北部的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）进行的观测，表明参宿四正在以每小时11200英里（每秒5公里）的速度旋转。这大约是喷气式战斗机的八倍快。



将一颗不旋转的红超巨星与参宿四的模拟观测和实际观测进行比较。（图片来源：MPA/Ma，Jing Ze等2024）

ALMA是一个由66个无线电天线组成的天文台，它们共同构成一台望远镜。ALMA的一项调查显示，虽然参宿四的一半似乎正在接近地球，但另一半似乎正在后退。正是这张位于参宿四外层的所谓“偶极径向速度图”，科学家们将其解释为快速旋转。

然而，这项新研究的研究人员指出，这种解释取决于参宿四被认为是一个完美的圆形球体，而事实并非如此。这颗红超巨星的表面充满了沸腾的气泡。事实上，其中一些气泡的大小相当于地球绕太阳的整个轨道。这些气泡由一种称为对流的传热机制提供动力，其上升和下降速度高达67000英里/小时（30公里/秒），大约是阿尔忒弥斯任务的载人飞船猎户座航天器的三倍。

为了分析这张参宿四的精确气泡图，该团队开发了一个新的后处理计算机包来模拟合成的ALMA图像，并将其与非旋转红超巨星的3D辐射流体动力学模拟进行比较。这表明，当另一个星团落在参宿四的另一侧时，一团沸腾的气泡在参宿六的一侧上升，将产生偶极径向速度图。该团队表示，在实际的ALMA观测中，这种对流会变得模糊，使其与快速旋转无法区分。

事实上，研究人员发现，在大约90%的模拟中，参宿四会被解释为以每小时数万英里的速度旋转，因为这颗红超巨星表面有大规模的沸腾。然而，如果团队的建模错误，可能还有其他解释。例如，这可能表明这颗红超巨星很久以前就进行过恒星自相残杀。

德明克补充道：“如果参宿四毕竟在快速旋转，那么我们认为它一定是在吃掉一颗围绕它运行的小伴星后旋转起来的。”。

该团队现在将利用对参宿四的进一步观测来评估其旋转速度，并更好地了解其沸腾表面如何影响这些测量，从而对他们的模型进行测试。

研究合著者、CNRS天文学家Andrea Chiavassa说：“对于像参宿四这样的巨大沸腾恒星，我们仍然有很多不了解的地方。它们到底是如何工作的？它们是如何失去质量的？它们的外流中可以形成什么分子？为什么参宿四突然变得不那么亮了？”。“我们正在努力使我们的计算机模拟越来越好，但我们确实需要ALMA等望远镜提供的令人难以置信的数据。”

该团队的研究于2月发表在《天体物理杂志快报》上。