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紅超巨星的舞蹈，是瀕死掙扎，還是耀眼的噴發(fā)使然？

紅超巨星因含有過多氣體而“舞蹈”，它們產(chǎn)生的光芒四處搖晃，使它們難以倒轉過來。

一位藝術家想象中的一顆環(huán)繞紅超巨星運行的系外行星。遠處的明亮光芒來自于一顆尺寸相仿的恒星。

（圖片來源：筆秀網(wǎng)）

科學家們終于能夠解釋為什么一些大質量恒星看起來像是在天空中舞蹈，即使它們并沒有真的在運動。根據(jù)一項新的研究，這些恒星有不尋常的、氣泡般的核心，使它們的表面搖晃，同時改變它們發(fā)出的光的總量。

這些跳舞的恒星被叫做紅超巨星，它們是曾經(jīng)膨脹后又冷卻了的、臨近生命盡頭的巨大天體。這些恒星的質量大約是太陽的八倍，直徑則可能達到太陽的700倍——這個尺寸相當于太陽的表面被擴張到了火星軌道之外（如果把它放在太陽的位置上，它可以逐步吞沒水星、金星、地球、火星）。然而，即使它們的身材如此龐大，準確判斷出這些正緩慢走向死亡的巨頭們的位置，也是一項極具挑戰(zhàn)的任務。

一般情況下，通過識別一顆恒星的光學中心，也就是它所發(fā)出的光線的中心——通常和它的引力中心或重心完美匹配，天文學家們可以判斷出它的大致位置。在大部分恒星中，光學中心具有固定的位置。然而，在紅超巨星當中，這些點則在星體里晃動，隨著時間的推移不斷地移到另一邊。恒星的重心表明了它在宇宙中的確切位置，而且并不像光學中心那樣抖動，然而光學中心的這種運動使得確認引力中心變得十分困難。

在這項新研究里，研究人員們將“跳舞”的紅超巨星和較小的主序星——處于生命中平穩(wěn)階段的恒星們進行比較。利用來自航天局（ESA）的蓋亞太空天文臺的數(shù)據(jù)，科學家們觀察了英仙座星團中的恒星——那是一個距太陽系7500光年的高密度恒星。

這項研究的共同作者是夏威夷大學天文學家、德國慕尼黑天體、粒子與生物物理研究所董事羅夫·庫德里斯基在一份聲明中說：“我們發(fā)現(xiàn)紅超巨星的位置的不確定性比其它恒星要大得多”。為了發(fā)現(xiàn)這些恒星搖晃的底層邏輯，研究團隊創(chuàng)建了紅超巨星表面強度的地圖，測量并計算它們發(fā)出的輻射，同時利用流體動力模擬器來表現(xiàn)它們三維外殼上的變動。

這些地圖表明，紅超巨星的表面極富動態(tài)變化，隨著時間推移，許多塊狀的氣體結構不斷地形成，而后消失，爆發(fā)出比表面上其它區(qū)域更多、更密集的能量。這些生命短暫但依舊十分強大的結構，燃燒得比恒星表面其余的位置更為明亮，造成了恒星光學中心的偏移：如果一個明亮的結構閃現(xiàn)在一顆紅超巨星的左側，它的光學中心會向左移動。

研究過程中建立的其中一個表面地圖。視頻表現(xiàn)了紅超巨星的表面如何在數(shù)月和數(shù)年之間發(fā)生變化。淺橙色和黃色的區(qū)域擁有更大的強度，相比起低強度的紅色和黑色區(qū)域，它們產(chǎn)生更多的光。

（圖片來源：A.基亞瓦薩等. 2022）

紅超巨星的巨大尺寸也許能解釋這種情形發(fā)生的原因。大部分恒星的外殼都由數(shù)千個相鄰的對流胞組成——它們是由旋轉的氣體（主要是氫氣與氦氣）構成的、被拉長的小區(qū)域，將來自恒星內部的更熱的氣體轉運到恒星的外表面，在那里，這些炎熱的氣體變冷并重新下沉，就像熔巖燈里的氣泡那樣。

然而，由于紅超巨星的體型龐大，它們表面的重力比內核要弱很多。因此，它們的對流胞比其它恒星要大得多，大約能占到一個紅超巨星本身半徑的20%到30%，或達到其直徑的40%到60%。根據(jù)研究，更大的對流胞能將更多的氣體輸送到恒星的表面，也因此創(chuàng)造出了那些足以使星體的光學中心發(fā)生變化的高強度的明亮結構。

研究團隊的數(shù)據(jù)顯示，這些表面結構的尺寸不盡相同，這決定了它們將在附近停留多久。這項研究的領頭作者，來自里斯的拉格朗日實驗室和慕尼黑的馬克思·普朗克天體物理研究所（MPIA）的天文學家安德烈亞·基亞瓦薩在聲明中說：“那些最大的結構通常能持續(xù)數(shù)個月甚至數(shù)年，與此同時，較小的結構在數(shù)周內就會完成演化。這表明這些恒星的光學中心的位置處于不斷的變動中?！?/span>

這個視頻展示了一顆紅超巨星的光學中心是如何隨時間變化而移動的，這使它看起來像是在太空中搖擺。

（圖片來源：A.基亞瓦薩等. 2022）

天文學家們猜測紅超巨星在星系的演化中扮演重要的角色；這些龐大的星體會噴射出巨量的氣體和重元素，這對新恒星和系外行星的誕生至關重要。對于釋放這些重要材料的噴發(fā)過程來說，超級巨星的大而明亮的表面結構很有可能有所貢獻。未來對這些恒星的“搖晃”的研究也可能幫助還原它們發(fā)生的確切過程。

“這些紅巨星在天空中的”舞蹈“規(guī)律可以告訴我們更多關于它們沸騰的外表皮的信息，”研究的共同作者，MPIA董事塞爾馬·德·明克在聲明中說道，“我們將能提取出關于星體動態(tài)變化的更多關鍵信息，更好地理解造成這些恒星的強烈對流運動的物理過程?！?/span>

BY:Harry Baker

FY: 奈亞拉托離譜

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