過去幾個(ge) 月來，位於(yu) 獵戶座的參宿四牽動了許多天文學家及愛好者的心。其亮度一度變暗到人類有記錄以來的最低值，以至於(yu) 許多人猜測它將立即爆發為(wei) 超新星。

　　但天文學界內(nei) 的大多數人認為(wei) 參宿四突然變暗並不是因為(wei) 它即將成為(wei) 超新星。圍繞變暗的原因眾(zhong) 說紛紜，其中的一個(ge) 可能原因是恒星發生了脈動——即收縮與(yu) 膨脹。恒星的脈動會(hui) 使恒星的亮度發生變化。

　　近日，一個(ge) 研究小組假定參宿四在發生脈動的同時發生超新星爆發，計算了脈動對超新星亮度的影響——脈動時，收縮區域發出的光變暗，膨脹區域發出的光變亮。

　　作為(wei) 一個(ge) 紅超巨星，參宿四的半徑確實在不斷變化，導致其亮度也反複變亮變暗。那麽(me) ，恒星脈動的原因有哪些？脈動的恒星對於(yu) 天文學研究有什麽(me) 重要性？它們(men) 都會(hui) 爆發為(wei) 超新星嗎？

　　周而複始的膨脹與(yu) 收縮

　　恒星一生中的大部分時間依靠內(nei) 部氫聚變為(wei) 氦的過程提供能量。聚變產(chan) 生的能量產(chan) 生了向外的輻射壓力，而恒星自身的引力向內(nei) ，兩(liang) 個(ge) 力保持平衡，使得恒星保持一定大小。氫聚變的產(chan) 物是氦，恒星內(nei) 部積累足夠多的氦且溫度達到1億(yi) 開爾文後，核心的氦發生聚變，恒星開始膨脹為(wei) 紅巨星或紅超巨星。

　　紅超巨星半徑能夠達到太陽半徑的幾百甚至上千倍，內(nei) 部物質對表麵物質的引力比較弱，表麵大氣的翻滾變化，會(hui) 使恒星的半徑發生變化，形成脈動。參宿四的脈動就屬於(yu) 此類。

　　質量為(wei) 太陽質量0.5倍的恒星，進入氦燃燒階段後，會(hui) 先膨脹為(wei) 紅巨星，然後顏色變黃。質量為(wei) 太陽好幾倍或者十幾倍的恒星，在進入氦燃燒的某個(ge) 階段時，也會(hui) 變黃，成為(wei) 黃巨星或黃超巨星。這兩(liang) 大類恒星中的一部分會(hui) 產(chan) 生周期性脈動。脈動的根本原因是恒星大氣中的氦。

　　氦有兩(liang) 個(ge) 電子。恒星大氣內(nei) 某個(ge) 區域溫度達到3萬(wan) 開爾文左右時，氦的一個(ge) 電子被電離。恒星收縮時，內(nei) 部溫度升高，當溫度達到4萬(wan) 開爾文左右時，氦的另一個(ge) 電子也被電離。自由電子增多，導致恒星大氣的不透明度增高，被俘獲的輻射變多，積累的能量變多，恒星膨脹。膨脹會(hui) 導致降溫，兩(liang) 個(ge) 電子中的一個(ge) 重新複合回去，恒星大氣不透明度降低，被俘獲的輻射減少，恒星收縮。收縮會(hui) 導致升溫，電子又被電離，導致以上過程循環往複，恒星就會(hui) 反複膨脹收縮。

　　這樣的脈動導致恒星的亮度發生周期性變化。質量為(wei) 太陽質量0.5倍的那些恒星脈動時成為(wei) 天琴座RR型變星，質量為(wei) 太陽幾倍或者十幾倍的黃巨星或黃超巨星脈動時成為(wei) 造父變星。

　　質量接近太陽質量100倍的恒星也會(hui) 產(chan) 生脈動。這類恒星的核心聚變為(wei) 氧之後，氧核聚變產(chan) 生的光子能量太高，成對地轉變為(wei) 電子與(yu) 正電子對，後者又成對轉變為(wei) 中微子與(yu) 反中微子對，中微子對輕鬆地逃逸出恒星，恒星壓力降低，發生收縮；收縮導致氧核的溫度進一步升高，上述過程更加激烈，形成一個(ge) 循環，氧核心產(chan) 生的能量快速釋放，引起恒星膨脹，將恒星外層物質拋出一部分。這樣的脈動噴發過程會(hui) 發生多次，因此被稱為(wei) “脈衝(chong) 對不穩定性”。

　　用周光關(guan) 係丈量星係距離

　　恒星脈動在天文學上有著重要的應用。天琴座RR變星與(yu) 造父變星亮度變化周期與(yu) 最大亮度有明確的關(guan) 係，即周期—光度關(guan) 係。隻要確定了一部分此類變星的精確距離，就可以通過周期—光度關(guan) 係確定其他同類變星的距離。天文學家利用造父變星的周期—光度關(guan) 係，先後測量了銀河係內(nei) 、仙女座星係內(nei) 以及其他多個(ge) 星係內(nei) 造父變星的距離，從(cong) 而確定了銀河係的形狀與(yu) 太陽在銀河係內(nei) 的位置，證明仙女座星係是銀河外的星係以及發現宇宙正在膨脹等。

　　天琴座RR型變星與(yu) 質量小於(yu) 8個(ge) 太陽質量的造父變星因為(wei) 質量太小而無法成為(wei) 超新星。類似於(yu) 參宿四的紅超巨星與(yu) 質量超過8個(ge) 太陽質量的造父變星會(hui) 爆發為(wei) 超新星。質量接近100倍太陽質量的恒星，在經曆幾次脈動噴發後，最終會(hui) 爆發為(wei) 超新星或直接塌縮為(wei) 黑洞。天文學家已經從(cong) 哈勃空間望遠鏡的照片檔案中發現了一些超新星爆發前的圖像，證明有些超新星是紅超巨星爆發而成、有些超新星是黃超巨星直接爆發而成。這意味著造父變星有可能直接爆發為(wei) 超新星。

　　需要注意的是，恒星成為(wei) 天琴座RR型變星或造父變星後，一般不會(hui) 永遠處於(yu) 這樣的變星狀態，而會(hui) 在某個(ge) 階段不再脈動，並演化為(wei) 其他類型的恒星。大質量的造父變星雖然可能直接爆發為(wei) 超新星，但更多時候會(hui) 在結束脈動後再爆發為(wei) 超新星。

關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【科學防控】，學習(xi) 疫情相關(guan) 科普星空体育官网入口网站