參宿四的觀測結(jié)果揭示了罕見的超巨星死亡之謎

參宿四揭示罕見超大恒星之死！

紅超巨星-大犬座VY（插圖），或許是銀河系中最大的恒星之一圖片來源聲明：NASA/ESA/Hubble/R. Humphreys,明尼蘇達(dá)大學(xué)/J. Olmsted, STScI)

一顆銀河系中質(zhì)量最大的恒星之一，步入死亡時(shí)所形成的圖譜展示了巨星死亡最后階段所發(fā)生的事情。

天文學(xué)家為這顆距地球3000光年的正在衰亡的紅超巨星-大犬座VY-精心繪制了一幅3D圖。他們發(fā)現(xiàn)，這顆罕見的巨星質(zhì)量散逸（質(zhì)量丟失）的方式類似日冕弧，也就是太陽所噴射而出的等離子環(huán)，但其規(guī)模要大數(shù)十億倍。

研究團(tuán)隊(duì)在亞利桑那大學(xué)研究員Ambesh Singh 和Lucy Ziurys的帶領(lǐng)下，利用位于智利的阿塔卡馬大型毫米波列陣（ALMA）,追蹤了分子在大犬座周圍旋轉(zhuǎn)時(shí)的分布和速度，并將它們映射到綿延數(shù)十億英里的噴射物質(zhì)結(jié)構(gòu)上。

大犬座VY星是大犬星座中的一顆脈沖變星，質(zhì)量約為太陽系的17倍，其半徑為10000至15000天文單位（1個(gè)天文單位是指地球至太陽的距離，約為9300萬英里，即1.5億公里）。

研究人員發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)已知的巨星存在于銀河系中，包括參宿四（獵戶座α）和天鵝座nml,而大犬座VY是這類罕見恒星最佳案例之一。

Ziurys曾在一份證明中這樣說：“大犬座VY可以被看成膨脹了的參宿四，不過它的體積和質(zhì)量更大，每200年左右經(jīng)歷一次猛烈的噴發(fā)?！?/p>

這意味著研究大犬座VY為天文學(xué)家提供了一個(gè)難得的機(jī)會，讓他們能夠更深入地了解一顆質(zhì)量巨大的恒星在抵達(dá)生命周期終點(diǎn)時(shí)所經(jīng)歷的過程。天文學(xué)家尤其希望能深入了解恒星質(zhì)量減少的機(jī)制。

這些質(zhì)量巨大的恒星所經(jīng)歷的死亡的痛苦與質(zhì)量較輕的恒星不同，比如太陽，當(dāng)氫（核聚變所需的一種燃料）耗盡之后，膨脹成為紅巨星，最后因無法對抗自身引力而塌縮。相反，當(dāng)質(zhì)量較大的恒星經(jīng)歷這個(gè)階段時(shí)，發(fā)生的卻是質(zhì)量散逸（減少）。這些恒星的質(zhì)量散逸雖然零星發(fā)生，但數(shù)量較大。恒星所失去的物質(zhì)形成了復(fù)雜且極不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這些由弧線、團(tuán)塊和節(jié)狀組成的物質(zhì)，從巨型恒星的中心部位綿延數(shù)千個(gè)天文單位。

大犬座VY由特大望遠(yuǎn)鏡上球面儀所拍攝（圖像編輯：南方天文臺/數(shù)字化巡天 Risinger（巡天觀測））

Singh說“我們隊(duì)超巨星生命結(jié)束時(shí)發(fā)生了什么尤為感興趣，”他還說，“人們習(xí)慣性認(rèn)為這些質(zhì)量巨大的恒星僅僅發(fā)生超新星爆炸，但我們現(xiàn)在不再這么想了?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為超大質(zhì)量恒星如果發(fā)生超新星爆炸，天文學(xué)家應(yīng)該觀測到更多的爆炸現(xiàn)象。因此，研究團(tuán)隊(duì)提出另一個(gè)假設(shè)，Ziurys說，“現(xiàn)在，我們認(rèn)為超巨大恒星有可能會默默塌縮成黑洞，但我們并不清楚有哪些超巨大恒星已經(jīng)在結(jié)束生命后成為黑洞，同時(shí)也不清楚為什么會發(fā)生這種情況?！?/p>

大犬座影像

天文學(xué)家并非首次想象大犬座VY放射出的弧形、塊狀和結(jié)構(gòu)，人們利用哈勃望遠(yuǎn)鏡和光譜分析描摹巨大恒星的構(gòu)造。通過這項(xiàng)新工作，研究團(tuán)隊(duì)追蹤了超巨星周圍的某些分子，然后將這些發(fā)現(xiàn)投射到哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的特定恒星周圍的塵埃圖像上，這揭示了超巨星死亡過程中隱藏的細(xì)節(jié)，包括大犬座VY如何減少質(zhì)量的細(xì)節(jié)。

“你無法看到這種美妙的對稱的質(zhì)量散逸，但對流使得最小的物質(zhì)單元像巨大的子彈一樣穿過恒星的光球?qū)樱虿煌较驀娚洹?，Ziurys說道，“它們類似于太陽的日冕弧，只不過要大10億倍”。

研究團(tuán)隊(duì)使用阿塔卡馬毫米陣列ALMA觀測大犬座VY仍處于初期，盡管如此，即使硫氧化物、二氧化硫、氧化硅、氧化磷和氯化鈉的初步圖譜，這也有助于研究人員勾勒出這顆超巨星分子外流圖譜。這張圖像足夠大，大到足以包括紅巨星所噴出的所有物質(zhì)。

“分子沿著包膜中的弧線運(yùn)動(dòng)，這充分說明分子與塵埃之間的混合效果極好。” Singh說道，“通過觀測分子輻射所產(chǎn)生的波長比率的好處是它們能夠提供速度信息，這與塵埃釋放運(yùn)動(dòng)不同，塵埃釋放是靜態(tài)的?！?/p>

通過調(diào)整分布在治理阿塔卡馬沙漠的ALMA的66架天文望遠(yuǎn)鏡的配置，天文學(xué)家采集了大犬座VY周圍分子的運(yùn)動(dòng)方向和速度等信息。

他們在超巨星的個(gè)別區(qū)域做了這個(gè)觀測實(shí)驗(yàn)，然后將觀測結(jié)果與大犬座VY物質(zhì)拋射時(shí)間的時(shí)間軸相對比，這個(gè)步驟要求計(jì)算機(jī)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。為了獲得最佳分辨率（最好的結(jié)果），研究團(tuán)隊(duì)處理了來自ALMA近1TB的數(shù)據(jù)，未來還會獲得更多的數(shù)據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)描述每一個(gè)分子還將耗費(fèi)兩天的時(shí)間。

“有了這些觀測結(jié)果，我們可以填充超巨星死亡時(shí)的圖譜，” Ziurys說，“到目前為止，人們僅僅研究了這個(gè)巨大形體結(jié)構(gòu)中的一小部分，但是，除非觀測整個(gè)區(qū)域，否則無法理解這些超巨星質(zhì)量散逸以及如何步入死亡。這也是為什么我們希望搭建一個(gè)完整圖譜的原因”。

6月13日，研究小組在加州帕薩迪那舉行的天文學(xué)會會議上發(fā)表研究結(jié)果，其后一系列準(zhǔn)備發(fā)表的論文將進(jìn)行詳細(xì)介紹。

BY:Robert Lea

FY: 萬琳

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