参宿四的观测结果揭示了罕见的超巨星死亡之谜

参宿四揭示罕见超大恒星之死！

红超巨星-大犬座VY（插图），或许是银河系中最大的恒星之一图片来源声明：NASA/ESA/Hubble/R. Humphreys,明尼苏达大学/J. Olmsted, STScI)

一颗银河系中质量最大的恒星之一，步入死亡时所形成的图谱展示了巨星死亡最后阶段所发生的事情。

天文学家为这颗距地球3000光年的正在衰亡的红超巨星-大犬座VY-精心绘制了一幅3D图。他们发现，这颗罕见的巨星质量散逸（质量丢失）的方式类似日冕弧，也就是太阳所喷射而出的等离子环，但其规模要大数十亿倍。

研究团队在亚利桑那大学研究员Ambesh Singh 和Lucy Ziurys的带领下，利用位于智利的阿塔卡马大型毫米波列阵（ALMA）,追踪了分子在大犬座周围旋转时的分布和速度，并将它们映射到绵延数十亿英里的喷射物质结构上。

大犬座VY星是大犬星座中的一颗脉冲变星，质量约为太阳系的17倍，其半径为10000至15000天文单位（1个天文单位是指地球至太阳的距离，约为9300万英里，即1.5亿公里）。

研究人员发现只有少数已知的巨星存在于银河系中，包括参宿四（猎户座α）和天鹅座nml,而大犬座VY是这类罕见恒星最佳案例之一。

Ziurys曾在一份证明中这样说：“大犬座VY可以被看成膨胀了的参宿四，不过它的体积和质量更大，每200年左右经历一次猛烈的喷发。”

这意味着研究大犬座VY为天文学家提供了一个难得的机会，让他们能够更深入地了解一颗质量巨大的恒星在抵达生命周期终点时所经历的过程。天文学家尤其希望能深入了解恒星质量减少的机制。

这些质量巨大的恒星所经历的死亡的痛苦与质量较轻的恒星不同，比如太阳，当氢（核聚变所需的一种燃料）耗尽之后，膨胀成为红巨星，最后因无法对抗自身引力而塌缩。相反，当质量较大的恒星经历这个阶段时，发生的却是质量散逸（减少）。这些恒星的质量散逸虽然零星发生，但数量较大。恒星所失去的物质形成了复杂且极不规则的结构，这些由弧线、团块和节状组成的物质，从巨型恒星的中心部位绵延数千个天文单位。

大犬座VY由特大望远镜上球面仪所拍摄（图像编辑：南方天文台/数字化巡天 Risinger（巡天观测））

Singh说“我们队超巨星生命结束时发生了什么尤为感兴趣，”他还说，“人们习惯性认为这些质量巨大的恒星仅仅发生超新星爆炸，但我们现在不再这么想了。”

研究团队认为超大质量恒星如果发生超新星爆炸，天文学家应该观测到更多的爆炸现象。因此，研究团队提出另一个假设，Ziurys说，“现在，我们认为超巨大恒星有可能会默默塌缩成黑洞，但我们并不清楚有哪些超巨大恒星已经在结束生命后成为黑洞，同时也不清楚为什么会发生这种情况。”

大犬座影像

天文学家并非首次想象大犬座VY放射出的弧形、块状和结构，人们利用哈勃望远镜和光谱分析描摹巨大恒星的构造。通过这项新工作，研究团队追踪了超巨星周围的某些分子，然后将这些发现投射到哈勃望远镜拍摄的特定恒星周围的尘埃图像上，这揭示了超巨星死亡过程中隐藏的细节，包括大犬座VY如何减少质量的细节。

“你无法看到这种美妙的对称的质量散逸，但对流使得最小的物质单元像巨大的子弹一样穿过恒星的光球层，向不同方向喷射”，Ziurys说道，“它们类似于太阳的日冕弧，只不过要大10亿倍”。

研究团队使用阿塔卡马毫米阵列ALMA观测大犬座VY仍处于初期，尽管如此，即使硫氧化物、二氧化硫、氧化硅、氧化磷和氯化钠的初步图谱，这也有助于研究人员勾勒出这颗超巨星分子外流图谱。这张图像足够大，大到足以包括红巨星所喷出的所有物质。

“分子沿着包膜中的弧线运动，这充分说明分子与尘埃之间的混合效果极好。” Singh说道，“通过观测分子辐射所产生的波长比率的好处是它们能够提供速度信息，这与尘埃释放运动不同，尘埃释放是静态的。”

通过调整分布在治理阿塔卡马沙漠的ALMA的66架天文望远镜的配置，天文学家采集了大犬座VY周围分子的运动方向和速度等信息。

他们在超巨星的个别区域做了这个观测实验，然后将观测结果与大犬座VY物质抛射时间的时间轴相对比，这个步骤要求计算机具备强大的数据处理能力。为了获得最佳分辨率（最好的结果），研究团队处理了来自ALMA近1TB的数据，未来还会获得更多的数据。研究团队详细描述每一个分子还将耗费两天的时间。

“有了这些观测结果，我们可以填充超巨星死亡时的图谱，” Ziurys说，“到目前为止，人们仅仅研究了这个巨大形体结构中的一小部分，但是，除非观测整个区域，否则无法理解这些超巨星质量散逸以及如何步入死亡。这也是为什么我们希望搭建一个完整图谱的原因”。

6月13日，研究小组在加州帕萨迪那举行的天文学会会议上发表研究结果，其后一系列准备发表的论文将进行详细介绍。

BY:Robert Lea

FY: 万琳

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处