可视直径比参宿四还要大的恒星箭鱼座R
弥漫在天际的剑鱼R
一个国际天文学家小组利用智利及澳大利亚的巨大望远镜量度位于剑鱼座的红巨星剑鱼R,
它的视直径比任何其他的恒星都大,比占据全天最大地位75年的参宿四还要大三成。
测量恒星的尺度
由于恒星距离我们相当遥远。要测量它们的尺度一点也不易,例如,我们把太阳放在最接近太阳的恒星那里(接近4光年),相当于把一个1个硬币放在500千米外,它的大小只有百分之一弧秒。对于最强的天文望远镜来说,量度这么细小的角度仍然是一项富有挑战性的工作。
理论上,解像力随着增加望远镜的直径而提升,而事实上,即使地面望远镜的直径有10米之大,它对于可见光的解像能力与一台口径20厘米的望远镜相距不远。主因在于大气层扰动或湍流所造成的星光,它把细致的影像变得模糊,阻碍了天文学家的研究。
第一颗被测定为最大的恒星是猎户座的参宿四,
它的角直径是在20世纪20年代初期由阿拔·米高逊及其小组利用加州威尔逊山的胡克望远镜测定为千分之四十四弧秒。
现在它保持了75年的地位拱让给了剑鱼R,剑鱼R距离我们200光年,是一颗周期338天的变星。光度变化由最亮时的4.8等至最暗时的6.6等,最亮时我们可凭肉眼看到它,可是在最暗时却需要利用小型望远镜才能找到它。
NTT干涉观测
天文学家小组利用3.5米NTT新技术望远镜指向剑鱼R。当时把NTT盖上一个不透明的上盖,在上面3米×3米直径处排布了七个直径25厘米的小孔,刚好比上空大气层的湍流单元为小,而这个上盖就是要把湍流造成的影响降低。NTT的高解像力从七个小孔造成的七条光柱在望远镜的焦点处互相干涉,每一对孔对恒星影像产生一组干涉条纹。结果造成了21组不同的干涉条纹于焦面处,由摄影机把条纹记录,并随后由电脑分析所得到的反差。利用望远镜解析遥远的恒星,它表现为很小视面积,因此所有21组条纹的反差大致上是相同的。如果恒星是很接近的,拥有一定的可观尺度,那么干涉条纹所造成的反差会使上盖的小孔降低。两者比较,对于遥远未能分析的恒星更能有效地利用其条纹反差估量出它的尺度。
现时NTT利用由德国麦斯一普朗克地外物理研究院所发展的SHARP敏锐摄影机于红外波段进行观测,拍下了数百张剑鱼R的照片,每张曝光时间只是十分之一秒。这已足以把21组条纹捕捉下来,这个程序反复了很多次,拍下了数千张图像以作分析。
利用澳大利亚3.9米英一澳望远镜和不同的干涉资料及分析技术,进行了补充观测,以确认较早时的观测结果。
观测结果
结果清晰地显示出剑鱼R的角直径为0.057±0.005弧秒,比参宿四还要大三成。
令人感到诧异的除了它的巨大视直径外,就是它既然是这样巨大,何以不是老早被发现呢?
阿拔·米高逊和他的小组测量了很多视直径大的恒星,可是对于位于南半球的剑鱼R,却很难从位于北半球的干涉仪测得到。剑鱼R的可见光也不是很强,而在红外波段却是属于天空中最亮恒星中的一颗,因此,在1971年,美国俄亥俄州立大学的罗拔·荣预言它应是一颗大恒星到现在才被证实。
今次对剑鱼R的观测是在红外波段里,如果以较短波长观测,应该可以得到一个较理想的分析度。而利用红外波段则较难达到,但可以较准确地估量恒星光球的直径。然而,透过高质望远镜及高质红外摄影机,却可得到较理想的效果。
剑鱼R距离我们大约200光年,恒星直径相当于370±50倍于太阳,如果把剑鱼R放在太阳的位置上,它将会把火星轨道也包括在内。当然,实际更大的恒星也不无例子——参宿四便是了。剑鱼R之所以成为最大视面积的恒星,即使较接近我们,也是它本身巨大的结果。质量方面,它与太阳相仿,可是光度却是太阳的6500倍。
VLT干涉学
虽然利用不同望远镜把光线收集而进行干涉观测较难进行。但来自美、英、法的小组经试验成功,望远镜有一定间距,可增加间距模拟为一台直径百米的望远镜,角直径分解度也可达到千分之一弧秒。
将来的观测活动主要围绕甚大望远镜阵开展,它包括了四台直径8.2米的主要望远镜及数台1.8米的活动辅助望远镜,间距可延伸达200米。VLT的解析度比英一澳望远镜强40倍,天文学家将可以更细致地研究更遥远的天体了。
7500万光年以外,一颗恒星神秘消失,科学家或将承认新理论
水是有源的,树是有根的,一个物体消失也是有原因的。
但是最近,科学家却发现宇宙中有一颗天体神秘消失了,而且找不到任何原因。
PHL 293B是一个距离我们约7500万光年的矮星系。几十年前,科学家在这里发现了一颗特殊的恒星。他们认为,这颗恒星很可能已经进入演化末期,即将死亡,于是对它倍加关注。在2001年到2011年这10年的时间里,它的亮度始终在变化,科学家们也都记录在案。
等等,我们的观测能力,能看到那么远的恒星吗?
一般来说,不能。7500万光年对我们来说太遥远了,一般在这个距离上,我们只能识别整体的星系,而无法分辨其中的恒星。不过,有些特别明亮的恒星,即使距离如此遥远,依然可以被我们观测到,比如这颗高光度蓝变星(Luminous Blue Variable star)。
高光度蓝变星也叫作剑鱼座S型变星,是一种非常亮、蓝的超巨星变星,质量可以达到太阳的150倍,接近理论上恒星的质量上限。这种恒星处于演化的末期,所以其亮度虽然可以达到太阳的百万倍,但是却很不稳定,处于变化之中。尤其是在超新星爆发的时候,高光度蓝变星的亮度和光谱都会经历巨变。
在我们对矮星系PHL 293B观测的早期,科学家正是通过它那亮度超过太阳250-350万倍的特征才发现了这颗恒星,这个信号是非常明显的。
但是,当欧洲南方天文台的天文学家将甚大望远镜阵列的全部4台光学望远镜对准PHL 293B时,却没有发现它的痕迹时,才显得如此惊讶。它去哪了?难道已经死亡了?
爱尔兰都柏林圣三一大学的天体物理学家Andrew Allan表示:“一颗如此巨大的恒星,在没有产生耀眼的超新星爆发的情况下就消失了,这是非常诡异的。”
科学们很快就回去整理2011年到2016年间对这颗恒星的观测资料,希望能够找到一些蛛丝马迹,结果反而更加迷惑了。在2011年的时候,观测数据里显示它的光芒仍然可以被观测到。但是在2011年之后,不知道什么原因,它就突然彻底消失了。
俗话说得好,一件东西就算是打了水漂,也总该能听见点声响,何况是一颗巨大的恒星呢?就算是死亡了,也总该留下尸体吧?
看起来,比较合理的解释,就是变成了一个黑洞,因为只有黑洞才让我们难以观测。可是问题又来了,根据现有的理论,一颗恒星想要坍缩为黑洞,首先会经历超新星爆发。这个过程是非常剧烈的,不可能被我们错过。于是有人提出猜想:莫非它没有经历超新星爆发,就直接坍缩了?
这个猜想虽然听起来有点离奇,但是宇宙如此神秘,谁又能说得准呢?因此,还是有些科学家对此进行了深入思考的。
Allan表示:“如果真的是这样,那将是我们第一次直接观测到一颗巨大的恒星以这样的方式结束自己的一生。”
实际上,近些年来,的确有理论认为:有些恒星不需要经历超新星爆发的过程,就可以直接坍缩成为黑洞。比如在2017年的时候,就有人发表论文,描述了一颗在2200万光年以外的星系中也出现过类似的现象。当时,一颗红巨星在亮度突然提升之后,就迅速消失得无影无踪。当时就有科学家认为:这颗恒星很可能在探索之前经历了一次不成功的超新星爆发,最终直接坍缩,草草收场。
如今PHL 293B中的这颗恒星突然消失,让人不得不联想到这个新的理论和2017年的论文。也许,它也是像3年前的那颗红巨星一样,没有能够完成谢幕表演,而是直接退场了。
总的来说,科学家们目前提出了三种猜测。
第一种推测认为:这颗恒星只是进入了演化末期,当它逐渐失去光芒、并向周围的宇宙空间喷射物质的时候,恰好有一团尘埃云将它笼罩住了。这个说法同样也被一些人用来解释银河系内红超巨星参宿四在最近一些年来越来越暗的现象(当然这个说法也有待确认)。目前,参宿四已经逐渐恢复了一点亮度,这些人认为是尘埃云散去的缘故,而那颗高光度蓝变星并没有这么好运,整个死亡过程都在浓云笼罩中进行,导致我们没有观测到。
(图片说明:参宿四迄今为止最高清照片)
不过,科学家们利用2009年到2019年期间利用近红外光对矮星系PHL 293B的观测表明,至少高温尘埃云的可能性已经被排除了。不过,由于缺乏中远红外波段的观测,所以还无法排除低温尘埃云的可能性。
另一种推测认为:它的确已经彻底谢幕,在2011年左右突然结束生命,坍缩成了一个黑洞。另外,也有可能它的质量在太阳的85到120倍之间,这个范围恰好低于一种叫做不稳定对超新星(pair-instability supernova)的天体,在这种情况下,它在超新星爆发后会直接被炸碎,而不会坍缩。
另外,也有科学家认为它经历了正常的超新星爆发,但恰好是在我们忽略的时间段内爆发的。不过,这种说法成立的可能性非常低,毕竟作为一颗高光度蓝变星,它在经历超新星爆发后的至少5年时间里,都可以利用爆炸的余辉点亮周围的一大片区域,而不是马上就变得完全黯淡。
就目前科学家所掌握的观测资料来说,我们也只能做出这么多推测。想要进一步了解其中的缘由,就必须在更多波段对其进行观测。也许它还藏在迷雾之中,也许它已经完全消失。如果它消失了,它的遗骸是否在哪里呢?这些问题就留给科学家们继续探索吧。