参宿四沸腾表面的新旋转

参宿四是猎户座中一颗著名的红超巨星。最近它引起了很多关注，不仅因为它的亮度变化导致人们猜测爆炸可能即将发生，而且因为观察表明它的旋转速度比预期快得多。

现在，由马克斯·普朗克天体物理研究所天文学家领导的一个国际小组对后一种解释提出了质疑，他们提出，即使在最先进的望远镜中，参宿四沸腾的表面也可能被误认为是旋转。其他天文学家正在积极分析新的观测数据以检验此类假设。

作为北半球最亮的恒星之一，参宿四在猎户座中用肉眼很容易找到。参宿四是已知最大的恒星之一。它的直径超过10亿公里，几乎是太阳的1000倍。如果它在我们的太阳系中，它的大气层就会吞没地球并到达木星。

这么大的恒星不应该旋转得那么快。在演化过程中，大多数恒星都会膨胀并自旋向下以保持角动量。然而，最近的观测表明参宿四的旋转速度相当快(5公里/秒)，比单个演化恒星的旋转速度快两个数量级。

参宿四旋转最显着的证据来自阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)。ALMA的66个天线协同工作，就像一个巨型望远镜一样。他们使用一种称为干涉测量的技术，其中两个或多个天线从宇宙中接收信号并联手分析信号并获取有关其发射源的信息。

利用这项技术，天文学家在参宿四外层发现了偶极径向速度图：恒星的一半似乎正在接近我们，另一半似乎正在后退。这一观察结果与之前的研究一起得出了参宿四正在快速旋转的解释。

如果参宿四是一个完美的圆形球体，这种解释就会很清楚。然而，参宿四的表面是一个充满活力的世界，受对流物理过程的控制。日常生活中，当我们将水煮沸时，我们可以观察到对流，但在参宿四中，这个过程要剧烈得多：沸腾的气泡可以与地球绕太阳运行的轨道一样大，覆盖了参宿四表面的很大一部分。它们起落的速度高达30公里/秒，比任何载人航天器都快。

基于这张物理图片，由Jing-ZeMa博士领导的国际团队马克斯普朗克天体物理研究所的学生现在对参宿四的偶极速度图提供了另一种解释：参宿四的沸腾表面模仿了旋转。一簇沸腾的气泡在恒星的一侧升起，另一群气泡在另一侧下沉。由于ALMA望远镜的分辨率有限，这种对流运动在实际观测中会变得模糊，从而导致偶极速度图。

该团队开发了一种新的后处理包，可根据非旋转红超巨星的3D辐射流体动力学模拟生成合成ALMA图像和亚毫米光谱。在90%的模拟中，恒星会被解释为以几公里/秒的速度旋转，这仅仅是因为表面存在大规模的沸腾运动，而这在ALMA望远镜中无法清楚地看到。

需要进一步的观测来更好地评估参宿四的快速旋转，研究小组以更高的空间分辨率对未来的观测做出了预测。幸运的是，其他天文学家已经在2022年对参宿四进行了更高分辨率的观测。目前正在分析新数据，这将检验预测并帮助揭开参宿四的面纱。

“大多数恒星只是夜空中的微小光点。参宿四非常大，而且离我们很近，即使用最好的望远镜，它也是我们真正观察和研究其沸腾表面的极少数恒星之一。它仍然让人感觉有点像一部科幻电影，就好像我们到那里去近距离观看它一样，”合著者塞尔玛·德·明克(马克斯·普朗克天体物理研究所所长)说道。“结果非常令人兴奋。如果参宿四确实在快速旋转，那么我们认为它一定是在吞噬了绕其运行的小伴星后旋转起来的。”

“对于像参宿四这样的巨大沸腾恒星，我们还有很多不了解的地方，”合著者、法国国家科学研究中心的天文学家安德里亚·基亚瓦萨(AndreaChiavassa)说。“它们到底是如何工作的?它们是如何失去质量的?它们的流出物中会形成什么分子?为什么参宿四突然变得不那么亮?我们正在非常努力地使我们的计算机模拟变得越来越好，但我们确实需要令人难以置信的数据来自像ALMA这样的望远镜。”