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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(zhuǎn)過來。

一位藝術(shù)家想象中的一顆環(huán)繞紅超巨星運(yùn)行的系外行星。遠(yuǎn)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(xué)家們終于能夠解釋為什么一些大質(zhì)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(yùn)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(zhì)量大約是太陽的八倍，直徑則可能達(dá)到太陽的700倍——這個尺寸相當(dāng)于太陽的表面被擴(kuò)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(zhǔn)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(wù)。

一般情況下，通過識別一顆恒星的光學(xué)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(xué)家們可以判斷出它的大致位置。在大部分恒星中，光學(xué)中心具有固定的位置。然而，在紅超巨星當(dāng)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(xué)中心那樣抖動，然而光學(xué)中心的這種運(yùn)動使得確認(rèn)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(jìn)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(xué)家們觀察了英仙座星團(tuán)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(xué)天文學(xué)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(tuán)隊創(chuàng)建了紅超巨星表面強(qiáng)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?nèi)S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(jié)構(gòu)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(qiáng)大的結(jié)構(gòu)，燃燒得比恒星表面其余的位置更為明亮，造成了恒星光學(xué)中心的偏移：如果一個明亮的結(jié)構(gòu)閃現(xiàn)在一顆紅超巨星的左側(cè)，它的光學(xué)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(qiáng)度，相比起低強(qiáng)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(zhuǎn)的氣體（主要是氫氣與氦氣）構(gòu)成的、被拉長的小區(qū)域，將來自恒星內(nèi)部的更熱的氣體轉(zhuǎn)運(yùn)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(nèi)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(dá)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(xué)中心發(fā)生變化的高強(qiáng)度的明亮結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊的數(shù)據(jù)顯示，這些表面結(jié)構(gòu)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(lǐng)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(xué)家安德烈亞·基亞瓦薩在聲明中說：“那些最大的結(jié)構(gòu)通常能持續(xù)數(shù)個月甚至數(shù)年，與此同時，較小的結(jié)構(gòu)在數(shù)周內(nèi)就會完成演化。這表明這些恒星的光學(xué)中心的位置處于不斷的變動中。”

這個視頻展示了一顆紅超巨星的光學(xué)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(xué)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(guān)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(jié)構(gòu)很有可能有所貢獻(xiàn)。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(guān)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(guān)于星體動態(tài)變化的更多關(guān)鍵信息，更好地理解造成這些恒星的強(qiáng)烈對流運(yùn)動的物理過程?！?/span>

BY:Harry Baker

FY: 奈亞拉托離譜

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