参宿四是否吞噬了一颗较小的恒星

参宿四怎么了?近年来,由于它的亮度发生了数次巨大的变化,它成为了很多头条新闻。今年早些时候,这颗红超巨星亮度增加了近50%,引发了人们对它可能变成超新星的猜测。

但新的研究表明参宿四发生了一些完全不同的事情,这与其最近的波动无关。它可能消耗了一颗较小的伴星。

听着,当像参宿四这样的恒星如此剧烈地变亮和变暗时,人类一定会引起注意。那是因为它是一颗红超巨星,肯定会爆炸成超新星。但没有必要跑出去为我们的头部防护装备买更多的锡纸。虽然距离太远,不会伤害到我们,但绝对是一场灯光秀。

不幸的是,对于我们所有人内心的奇观追求者来说,这颗恒星最近的光度波动并不意味着它的爆炸和毁灭即将到来。相反,这些变化归因于尘埃云和恒星的规律脉动。

一些新的研究无法解释参宿四最近的波动,但它表明我们的超巨邻居过去发生过其他事情。发布到arXiv预印本服务器上的新研究题为“参宿四作为大质量恒星与伴星的合并”。主要作者是路易斯安那州立大学物理与天文学系的SagivShiber。

但参宿四有同伴吗?

作者写道:“已经确定大多数大质量恒星存在于双星系统内。”他们中的许多人在进化过程中的某个时刻会经历二元相互作用。有时,尽管很少见,星星会合并。这就是参宿四孤独的原因吗?

当合并发生时,很大程度上取决于恒星各自的质量。可能会出现短暂的“合并爆发”、质量损失以及其他现象。

这都是由新研究中的模拟确定的。研究人员模拟了一颗16个太阳质量的恒星和一颗较小的4个太阳质量的恒星之间的合并。(参宿四的质量在16到19个太阳质量之间。)模拟显示,随着恒星靠得更近并共享一个共同的外壳,小恒星最终会与主恒星的氦核合并。作者解释说:“伴星最终陷入主星的包层中,导致其旋转并随后与氦核合并。”这会导致轨道能和热能的交换。最终,它触发了强大的脉冲,从核心穿过主恒星的包层。

但它并不止于此。有时,它也会引发质量损失。发生这种情况是因为合并导致引力能的释放。这种能量必须以某种方式表达出来,并转化为动能,驱动高速质量流远离初级。在团队的模拟中,质量损失高达0.6个地球质量。

但当谈到参宿四时,过去某个时候发生合并的证据可能就在恒星的自转中。它以大约5.5公里/秒的速度旋转。作为参考,我们的太阳以大约2公里/秒的速度旋转。“例如,对参宿四的研究表明,质量约为15~17M地球质量的前主序大质量恒星与质量约为1~4M地球质量的低质量主序伴星之间的合并可能会导致解释其隐含的高旋转率,”该论文指出。

这次合并不会中断主恒星向红超巨星(RSG)阶段的演化。但它确实会喷射物质,通常是通过极地流出。气体的传播速度可达200-300公里/秒,这是合并爆发事件的特征。

V838Monocerotis中已有此类合并的先例。这可能是一颗发光的红色新星,是两颗恒星合并引起的恒星爆炸。它本来并不引人注目,直到2002年它突然变亮,并在所谓的合并后的一段时间内成为已知最大的恒星之一。2007年的一篇论文得出结论,合并爆发是V838麒麟座变亮和扩张的唯一解释。

那么参宿四就是这样的情况吗?它是否与一个较小的同伴融合并吞噬,不留下任何痕迹?它隐含的自转速度和恒星的化学成分都支持这一结论。

这项研究无法得出这个结论,但这是一种明显的可能性。很多天体物理学家还不了解这些合并及其影响。恒星包层和最终共同包层的大小会影响幸存主恒星的最终自转速率。质量损失的大小可以消除不同量的动能,所以发生了很多事情。

作者在理解这些事件方面取得了一些进展,但他们需要改进的方法和工具来更全面地理解它们。

他们写道:“通过更深入地研究恒星合并的物理学,我们的目标是增进对大质量恒星演化、超新星前身的特性以及合并在塑造天体物理瞬态景观中的作用的理解。”

没有迹象表明这次合并(如果发生)与参宿四最近的波动或其最终爆炸为超新星直接相关。但有一天,参宿四会爆炸。如果人类能够持续足够长的时间,那么许多后代科学家将有幸目睹整个过程的发生。那么我们也许最终会有答案。

但就目前而言,这颗红超巨星不断成为头条新闻。