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我國研究團隊揭開紅超巨星參宿四致暗之謎

2021-08-06 13:08:55 來源：光明網

北京時間8月5日，國際科學期刊《自然·通訊》在線發布了中國科學院國家天文臺趙剛研究團隊的一項最新成果。他們通過對從山東大學威海天文臺獲得的高分辨率近紅外光譜進行分析，揭示紅超巨星參宿四的神秘變暗是由于其表面出現恒星巨黑子造成，對這一廣受天文學家和公眾關注的現象提出了新的物理解釋。

參宿四又稱為獵戶座α星，是一顆位于獵戶座肩部的紅色恒星，它在夜空中異常明亮，肉眼清晰可見。2019年10月至2020年2月之間，參宿四出現了神秘的變暗現象，吸引了全世界天文學家和公眾的關注與想象。作為一顆呈現周期性和有時不規則光度變化的變星，這是參宿四近50年來被觀測到的最顯著的一次變暗現象。它變暗了約一個星等（亮度減弱2.5倍），在夜空中肉眼可辨。對此，世界各地的天文學家提出幾種可能的解釋，如超新星爆發前演化階段、塵埃云的遮擋或恒星光球亮度的變化。

參宿四是夜空中在近紅外波段最亮的恒星，因此近紅外波段是研究參宿四這類紅巨星最合適的觀測波長。研究人員從山東大學威海天文臺獲取了參宿四變暗過程的高分辨率近紅外光譜，并對其進行仔細分析。這些光譜涵蓋了參宿四變暗和回升后的不同階段。 “憑借我們的光譜分析優勢，我們的研究目的是了解參宿四神秘變暗的可能原因。”該研究的通訊作者趙剛研究員說。

進行光譜分析時，研究人員還開發了一種特殊的方法來確定紅巨星的有效溫度。 “我們的方法是基于對光譜中TiO和CN分子線的測量。恒星溫度越低，其大氣中形成和存在的分子就越多，恒星光譜中的分子線也就越強。在更熱的大氣中，分子很容易分解，無法存在。”這項研究的第一作者國家天文臺博士后索菲婭·阿列克謝娃說。

“我們發現，2020年1月31日，參宿四在最低光度下的有效溫度是3476K。然而，亮度恢復后的2020年4月6日，其有效溫度為3646K。而這170K的有效溫度變化足以解釋這種神秘的變暗現象。”索菲婭·阿列克謝娃進一步介紹道。

是什么導致有效溫度下降170K？原因可能是參宿四表面巨黑子引起的。紅超巨星表面存在黑子是一個眾所周知的現象。這些黑子很可能是對流流動或冷對流元形成的，并廣泛存在于這些恒星中。趙剛研究員表示，我們的發現將有助于更好理解紅超巨星的性質，紅超巨星也是宇宙中重元素增豐的主要貢獻者。

據了解，來自山東大學和美國密蘇里大學的天文學家也參與了此項研究。

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