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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(guò)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(guò)來(lái)。

一位藝術(shù)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(lái)自于一顆尺寸相仿的恒星。

（圖片來(lái)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(lái)像是在天空中舞蹈，即使它們并沒(méi)有真的在運動(dòng)。根據一項新的研究，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(shí)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(yáng)的八倍，直徑則可能達到太陽(yáng)的700倍——這個(gè)尺寸相當于太陽(yáng)的表面被擴張到了火星軌道之外（如果把它放在太陽(yáng)的位置上，它可以逐步吞沒(méi)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，也是一項極具挑戰的任務(wù)。

一般情況下，通過(guò)識別一顆恒星的光學(xué)中心，也就是它所發(fā)出的光線(xiàn)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，在紅超巨星當中，這些點(diǎn)則在星體里晃動(dòng)，隨著(zhù)時(shí)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(dòng)，然而光學(xué)中心的這種運動(dòng)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——處于生命中平穩階段的恒星們進(jìn)行比較。利用來(lái)自航天局（ESA）的蓋亞太空天文臺的數據，科學(xué)家們觀(guān)察了英仙座星團中的恒星——那是一個(gè)距太陽(yáng)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(shuō)：“我們發(fā)現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(shí)利用流體動(dòng)力模擬器來(lái)表現它們三維外殼上的變動(dòng)。

這些地圖表明，紅超巨星的表面極富動(dòng)態(tài)變化，隨著(zhù)時(shí)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(xué)中心的偏移：如果一個(gè)明亮的結構閃現在一顆紅超巨星的左側，它的光學(xué)中心會(huì )向左移動(dòng)。

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

（圖片來(lái)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千個(gè)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(cháng)的小區域，將來(lái)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(gè)紅超巨星本身半徑的20%到30%，或達到其直徑的40%到60%。根據研究，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)生變化的高強度的明亮結構。

研究團隊的數據顯示，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(lǐng)頭作者，來(lái)自里斯的拉格朗日實(shí)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(shuō)：“那些最大的結構通常能持續數個(gè)月甚至數年，與此同時(shí)，較小的結構在數周內就會(huì )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(dòng)中?！?/span>

這個(gè)視頻展示了一顆紅超巨星的光學(xué)中心是如何隨時(shí)間變化而移動(dòng)的，這使它看起來(lái)像是在太空中搖擺。

（圖片來(lái)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(huì )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(guò)程來(lái)說(shuō)，超級巨星的大而明亮的表面結構很有可能有所貢獻。未來(lái)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(guò)程。

“這些紅巨星在天空中的”舞蹈“規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(shuō)道，“我們將能提取出關(guān)于星體動(dòng)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烈對流運動(dòng)的物理過(guò)程?！?/span>

BY:Harry Baker

FY: 奈亞拉托離譜

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