原创 参宿四为何如此巨大？科学家最新猜测：它可能是两颗恒星合并而成
_本文原始标题：参宿四为何如此巨大？科学家最新猜测：它可能是两颗恒星合并而成
尽管银河系内有80%的恒星比我们的太阳小得多 ， 但和一些更加庞大的恒星相比 ， 我们的太阳仍然小得可怜 。
在冬季的夜空 ， 我们可以在著名的猎户座的肩膀上看到一颗非常明亮的恒星 ， 那就是参宿四 。 在这颗恒星面前 ， 我们的太阳简直就像是一粒沙子 。
文章图片
（图片说明：红巨星假想图）
参宿四又叫猎户座α星 ， 是夜空中除太阳外第十二亮的恒星 。 它是一颗红巨星 ， 直径大约是太阳的900倍左右 ， 也就是大约11亿公里 ， 体内可以放下7.3亿个太阳 。 如果把它放在太阳的位置上 ， 甚至火星和小行星带都会被它吞噬 。
科学家告诉我们：参宿四是一颗脉动变星 ， 体积会发生较大的变化 ， 最大的时候甚至有可能达到太阳的1170倍 。
和太阳相比 ， 参宿四的自转速度很快 ， 在赤道处可以达到每秒5.5公里 ， 而太阳只有2公里/秒的速度 。 虽然恒星之间各有各的特色 ， 也并不是什么稀奇事 ， 但是科学家还是从中发现了异常之处 。
文章图片
（图片说明：科学家利用望远镜拍摄并处理后的参宿四图像）
我们刚才介绍了 ， 参宿四是一颗红巨星 。 所谓的红巨星 ， 是太阳或者更大的恒星在进入演化末期时必定会经历的一个阶段 。 由于核心处的氢已经反应殆尽 ， 整个恒星开始膨胀 ， 所以才会变得如此巨大 。
我们知道 ， 物理学上有一个非常重要的定律 ， 叫做角动量守恒定律 。 而随着一个旋转物体的体积变大 ， 其旋转速度会变慢 。 这个现象在花样滑冰比赛中体现得非常明显 ， 当花样滑冰运动员伸开手臂的时候 ， 旋转速度比较慢；如果用手臂抱紧自己 ， 旋转速度就会变得非常快 ， 因此这个现象又被称作花样滑冰效应 。
同样的 ， 这个道理在恒星上也适用 ， 红巨星体积比较大 ， 理论上来说自转速度应该比较慢才对 。 但是 ， 参宿四不仅比太阳快 ， 而且自转速度几乎达到了太阳的3倍 ， 这个现象非常难以置信 。 实际上 ， 不仅是参宿四 ， 科学家们发现其他一些红巨星也拥有比理论上更高的自转速度 。
对于这个问题 ， 路易斯安那州立大学物理学和天文学助理教授ManosChatzopoulos一直非常感兴趣 。 他表示：“最近关于大质量主序星的观测显示 ， 其中很大一部分都拥有着较大的自转速度 ， 其中最大的甚至达到了450公里/秒 。 ”而我们前不久也介绍过 ， 我国天文学家利用郭守敬望远镜 ， 甚至发现了自转速度达到540公里/秒的恒星LAMOSTJ040643.69+542347.8 。 而NASA的开普勒太空望远镜 ， 也发现了大量自转速度比太阳快18倍甚至更多的大质量恒星 。 这些恒星都在挑战人类的物理定律 ， 也一直困扰着很多科学家 。
文章图片
在经过长期的分析和研究之后 ， Chatzopoulos提出了自己的猜想 ， 并且将论文预先发表在arXiv上 。 在论文中他指出：参宿四之所以有如此高的自转速度 ， 很可能因为它是由两颗恒星合并而成的 。
实际上 ， 科学家也发现 ， 这些高速自转的大质量恒星中 ， 有很大一部分都位于双星系统中 。 包括中国科学家发现的那颗迄今为止自转最快的恒星 ， 虽然目前发现是单独一颗 ， 但我国科学家认为它曾经也是双星系统中的一员 。 中国科学院国家天文台李广伟副研究员猜测：主星凭借强大的引力吸收伴星的物质 ， 这些物质下落的过程中增加了主星的角动量 ， 为其加速 。 当主星发生超新星爆发后 ， 将伴星甩开 ， 所以我们今天只能看见单独的一颗恒星 。
同样的 ， Chatzopoulos也持有类似的观点 。 他在自己论文的导言中也这样解释参宿四的自转速度：“我们认为 ， 能够解释参宿四的快速自转以及我们观测到它的巨大空间速度的最佳理论是：一个双星系统在几百万年前被其宿主星团（猎户座OB1星协）抛射出来 ， 随后发生了合并 。 ”他指出 ， 双星系统的合并在宇宙中扮演的角色 ， 远远超过了科学家以往的认知 。
文章图片
（图片说明：夜空中的猎户座 ， 左上角的是参宿四）
“目前的观测数据显示 ， 大多数（大约60%）大质量恒星都是双星系统的成员 。 而且 ， 这些系统中大部分的大质量恒星都会和它的同伴发生过相互作用 ， 甚至其中1/3已经经历过恒星的合并过程 。 这些发现都告诉我们：恒星合并对于大质量恒星自转特性长期演化的影响至关重要 。 "
对于参宿四 ， 他的推测是：大约在几百万年前 ， 参宿四和它的伴星都位于猎户座OB1星协中其中主星的质量约为太阳的16倍 ， 伴星的质量为太阳的2-3倍 。 后来 ， 在未知原因下 ， 这个双星系统被抛射出来 。 Chatzopoulos相信参宿四就是从这里被抛出的 ， 以每秒钟30公里的速度在星际之间穿越 ， 形成了一个长度达到了4光年的弓形冲击波 。
文章图片
（图片说明：猎户座星协示意图 ， 左上角亮星为参宿四 。 如果它真的是从猎户座OB1星协被射出来 ， 那么它穿越的星际空间十分遥远）
我们说过 ， 越大的恒星寿命越短 。 双星系统中的主星首先进入到演化末期 ， 膨胀为红巨星 ， 膨胀到太阳的200-300倍 ， 最终吞噬了自己的伴星 。 在这个过程中 ， 合二为一的新恒星获得了更大的角动量 ， 最终形成了今天参宿四高速自转的现状 。
这个想法不仅停留在设想之中 ， 他还利用计算机模拟了这个过程 。 下图就是Chatzopoulos和他的团队进行模拟的截图 ， 其中左侧显示的是双星系统最初的状态 ， 右侧是伴星在主星强大的引力下被撕碎后螺旋进入主星的场景 。 图中不同的颜色 ， 代表的是不同的温度 。
文章图片
值得注意的是 ， 伴星被吞噬的过程非常快 ， 在围绕主星公转了仅仅175圈之后 ， 它就和主星接触到了一起 ， 然后迅速坠入主星的氦核直到在潮汐力的作用下彻底瓦解 。 最后这个过程 ， 仅仅经历了5天 。
除了计算机模拟之外 ， 他们还有其他的证据 ， 那就是参宿四内部的氮气 。 虽然含量不是非常高 ， 但对于参宿四来说已经超出了理论范围 。 根据Chatzopoulos等人的说法 ， 正是在伴星坠入主星的过程中 ， 内部的氮被搅动、翻滚起来 ， 被我们检测到 。
Chatzopoulos的团队指出 ， 这个解释不仅能够说明为何参宿四有如此惊人的自转速度 ， 同样也适用于其他高速自转的大质量恒星 。 他们相信 ， 这是“快速旋转的巨星和超巨星合理的形成渠道” 。
文章图片
除此之外 ， 他们也提出了另一种猜测 ， 那就是参宿四的角动量在两颗恒星还独立存在时就已经获得了 ， 而在它进入演化末期后才体现出来 。 不过 ， 这个说法还有些需要调整的地方 ， 而且可能性不大 。
【原创 参宿四为何如此巨大？科学家最新猜测：它可能是两颗恒星合并而成】不论是哪种可能 ， 他们说的一点都是正确的：双星的合并在宇宙中扮演着极其重要的角色 。 我们对于这样的现象只有很少的理解 ， 必须通过更多的观测和模拟来了解这个过程 。 可以肯定 ， 这个过程中还有大量的秘密 ， 等待着科学家去探索 。
推荐阅读
- 下周开始，缘分跟桃花邂逅相遇，迎来幸福爱情的四生肖，恭喜脱单
- 原创 爱情中的女人，都希望得到男人的这几样东西，男人别假装不懂
- 原创 男人能够为你做到这四件事，说明他是真的爱你
- 原创 高情商的男人，会有这四个表现，你的他是吗？
- 原创 经常为此而联系你的女人，心里多半都喜欢你！
- 利国又利民！豪爵全新国四摩托减免购置税，1万出头，赠送上牌费
- 原创 刘备生命中的四大贵人，诸葛亮排名末尾，排第一的是个商人
- 一个人有没有辞职的打算，这四点表现有一个就说明他打算走了
- 双胞胎姐妹花晒大学四年对比照：因无法拍毕业照而遗憾
- 王者荣耀：小潮再立flag，四天冲刺国服孙尚香