哈勃发现了槟榔神秘变暗的原因-衰老的红色超巨星即将成为超新星吗？

这幅四屏图显示了快速演化的明亮红色超级巨星Betelgeuse的南部区域可能在2019年末和2020年初突然变暗了几个月。在前两个面板中，用哈勃太空望远镜在紫外线下看到的，是恒星表面巨大对流单元的出现，喷出了明亮而炽热的等离子体。在第三个面板中，流出的排出气体迅速向外膨胀。它冷却形成巨大的尘埃云。最后一块显示出巨大的尘埃云，挡住了恒星表面四分之一的光（从地球上看）。

自古以来，衰老的鲜红色超级巨星Betelgeuse就一直吸引着天空观察者。古代的天文学家托勒密（Ptolemy）是最早注意到这颗怪物的星星是红色的人之一。它是夜空中最亮的恒星之一，并且由于离地球只有725光年，所以显得更加发光。

但是，恒星还周期性地改变亮度，这是英国天文学家约翰·赫歇尔（John Herschel）在1830年代首次注意到的。现在，天文学家知道恒星会在420天的周期中膨胀和收缩，变亮和变暗。

然而，在2019年10月，这颗恒星急剧变暗并继续变得微弱。到2020年2月中旬，这颗怪物星已经失去了超过三分之二的亮度。

这种突然的变暗使天文学家感到迷惑不解，他们争先恐后地开发了一些有关突变的理论。哈勃太空望远镜的紫外线观测表明，意料之外的变暗可能是由于大量超热物质喷射到太空中引起的。物质冷却并形成尘埃云，该尘埃云遮挡了来自Betelgeuse约四分之一表面的星光。

哈勃望远镜在2019年9月，10月和2019年11月捕捉到了密集的加热物质在恒星大气中移动的迹象。然后，在12月，几台地面望远镜观测到该恒星在其南半球的亮度下降。

这位巨星注定要在超新星爆炸中结束生命。一些天文学家认为突然变暗可能是超新星爆发前的事件。槟榔座落在猎户座（Orion），这是天空中最知名的星座之一。庞然大物的星星标志着猎人的右肩。

该光谱图基于哈勃太空望远镜从2019年3月至2020年2月的观测结果。哈勃在附近的红色超巨星Betelgeuse的大气中记录了令人惊讶的爆发。镁II的发射量被用来追踪恒星脉动大气中的运动。哈勃的太空望远镜成像光谱仪在2019年10月拍摄到了恒星东南部镁辐射的亮度显着增加，如白色圆圈所示。（槟榔足够近，而且足够大，以供哈勃望远镜解析恒星的巨大圆盘。）这种创伤性事件与恒星在420天的脉动周期中通常看到的事件不同。在十月的同一时间，这颗星突然开始变暗。这种衰落一直持续到2020年2月，当时哈勃紫外线光谱数据恢复了正常。怀疑爆发是喷射出一团热等离子云，该云被冷却形成尘埃，并在几个月内阻挡了大部分恒星的光。哈勃（Habble）监测恒星的长期基线有助于将拼图碎片组合在一起。

哈勃发现槟榔的神秘变暗是由于创伤性爆发

美国宇航局哈勃太空望远镜的观测结果表明，巨星Betelgeuse的出人意料的变暗很可能是由于大量热物质喷射到太空中而形成的，形成的尘埃云阻挡了Betelgeuse表面的星光。

哈勃的研究人员认为，尘埃云是在恒星表面大型对流单元上升流中释放出超高温等离子体时形成的，该尘埃云通过热大气层到达较冷的外层，在那里冷却并形成尘埃颗粒。从2019年底开始，由此产生的尘埃云阻挡了大约四分之一恒星表面的光线。到2020年4月，恒星恢复正常亮度。

槟榔是一颗衰老的红色超巨星，由于其核心核聚变炉内复杂，不断变化的变化，其大小已膨胀。现在这颗恒星是如此之大，以至于如果它取代了太阳系中心的太阳，它的外表面将延伸超过木星的轨道。

Betelgeuse变暗的史无前例的现象始于2019年10月，甚至连肉眼都看不到。到2020年2月中旬，这颗怪物星已经失去了超过三分之二的亮度。

这种突然的变暗使天文学家感到迷惑不解，他们争先恐后地开发了一些有关突变的理论。一个想法是，巨大的，凉爽的，黑暗的“星点”覆盖了可见表面的宽阔区域。但是，由马萨诸塞州剑桥的天体物理学中心/哈佛与史密森尼中心（CfA）副主任安德里亚·杜普里（Andrea Dupree）领导的哈勃观测显示，尘埃云覆盖了部分恒星。

从2019年1月开始，哈勃用几个月的时间对Betelgeuse进行了紫外线光谱观察，得出了导致黑暗的时间表。这些观察为调光背后的机理提供了重要的新线索。

哈勃望远镜在2019年9月，10月和2019年11月捕捉到了密集的加热物质在恒星大气中移动的迹象。然后，在12月，几台地面望远镜观测到该恒星在其南半球的亮度下降。

杜普里说：“有了哈勃望远镜，我们就可以看到它离开恒星可见表面并穿过大气层移出大气层的物质，然后才形成了导致恒星变暗的尘埃。”“我们可以看到恒星东南部一个密集而炎热的区域向外移动的影响。

她继续说：“这种材料的发光度是恒星正常亮度的2至4倍。”“然后，大约一个月后，随着恒星逐渐变暗，Betelgeuse的南部显着变暗。我们认为，哈勃检测到的流出物可能导致了乌云。只有哈勃给我们提供了导致昏暗的证据。”

该小组的论文将于今日（2020年8月13日）在线刊登在《天体物理学杂志》上。

像Betelgeuse这样的超大质量恒星很重要，因为它们将诸如碳之类的重元素排出太空，这成为了新一代恒星的基础。众所周知，碳还是生命的基本成分。

追踪创伤性爆发

杜普里（Dupree）的小组从去年年初开始使用哈勃望远镜来分析这颗庞然大物。他们的观测是哈勃望远镜为期三年的研究的一部分，该研究旨在监测恒星外部大气的变化。槟榔是一个可变的恒星，在420天的周期中会膨胀和收缩，变亮和变暗。

哈勃的紫外线敏感性使研究人员能够探测到恒星表面上方的层，这些层是如此之热（超过20,000华氏度），无法在可见波长下被探测到。这些层被恒星的湍流对流单元鼓泡到表面而部分地被加热。

哈勃光谱是在2019年初和2020年进行的，并通过测量镁II（单离子镁）线探测了恒星的外部大气。在9月至2019年11月期间，研究人员测量了从恒星表面进入外层大气的物质每小时移动约200,000英里。

这种炽热，稠密的物质继续行进到Betelgeuse的可见表面之外，从火星到达数百万英里。研究人员说，在这样的距离下，材料冷却到足以形成灰尘的程度。

这种解释与哈勃在2020年2月的紫外线观察一致，该观察表明恒星的外部大气的行为恢复了正常，即使可见光图像显示它仍在变暗。

尽管杜佩里不知道爆发的原因，但她认为这是由恒星的脉动周期辅助的，可见光记录表明，该脉动周期在整个事件中一直持续。该论文的合著者，波兹坦莱布尼兹天体物理学研究所的克劳斯·斯特拉斯迈尔（Klaus Strassmeier）使用了该研究所的自动望远镜STELLar Activity（STELLA）来测量恒星在脉动过程中上升和下降时气体在地表速度的变化。循环。在对流单元上升的同时，恒星正在以其周期扩张。从Betelgeuse向外跳动的脉动可能有助于推动流出的等离子体穿过大气层。

杜普里（Dupree）估计，在爆发的三个月中，损失了南半球正常数量的材料的两倍。像所有恒星一样，槟榔一直在失去质量，在这种情况下，其质量是太阳的三千万倍。

槟榔座如此之近，如此之大，以至于哈勃望远镜已经能够分辨出地表特征，这使它成为唯一的一颗恒星，除了我们的太阳（可以看到地表细节）。

杜普里（Dupree）在1995年拍摄的哈勃影像首次显示出斑驳的表面，其中包含大量对流细胞，这些细胞会收缩和膨胀，从而使它们变暗和变亮。

超新星前兆？

红色超巨星注定会在超新星爆炸中结束其生命。一些天文学家认为突然变暗可能是超新星爆发前的事件。这颗恒星相对较近，大约相距725光年，这意味着变暗将在1300年左右发生。但是现在它的光才刚刚到达地球。

杜普里解释说：“没人知道恒星在进行超新星飞行之前会做什么，因为它从未被观测到。”“天文学家对恒星进行超新星采样可能比他们提前了一年，但没有在升空发生前的几天或几周内完成。但是，恒星很快就会超新星的机会很小。”

杜普里（Dupree）将在8月下旬或9月初与哈勃（Hubble）一起观察恒星。目前，Betelgeuse在白天的天空中，太靠近太阳，无法进行哈勃望远镜的观测。但是，美国宇航局的地球物理关系天文台（STEREO）却从太空中的位置拍摄了这颗巨星的图像。这些观察表明，槟榔从5月中旬到7月中旬再次变暗，尽管没有今年年初那么剧烈。

Dupree希望使用STEREO进行更多的后续观察，以监视Betelgeuse的亮度。她的计划是明年在恒星再次向外扩张时与STEREO一起再次观测Betelgeuse，以查看它是否引发了另一个爆炸性爆发。

参考：Andrea K. Dupree，Klaus G. Strassmeier，Lynn D. Matthews，Han Uitenbroek，Thomas Calderwood，Thomas Granzer，Edward F. Guinan，Reimar Leike，MiguelMontargès，Anita MS撰写的“槟榔大减光的空间分辨紫外光谱”理查兹（Richards），理查德·瓦萨托尼（Richard Wasatonic）和迈克尔·韦伯（Michael Weber），2020年8月13日，《天体物理学杂志》。
10.3847 / 1538-4357 / aba516