閃爍的星星並非它們看起來的那樣。它們可感知的閃爍來自我們星球上擾動星光的大氣層，而不是那些遙遠太陽的內在屬性，後者的光芒相對穩定——至少在大多數時候是這樣。
參宿四，一顆位於獵戶座右肩的、備受研究的紅色超巨星，近年來已將自身顯露為規則的例外。大多數肉眼可見的閃爍仍然是由夜空中的因素引起的。但一些視覺變化來自恆星本身，它不斷地進行表面活動，就像爐子上燉著的一鍋熱湯。例如，在 2019 年，它在向太空噴射出一大塊物質後急劇變暗，引發了人們對其可能很快爆發成壯觀的超新星的猜測。被稱為“大變暗”的宇宙打嗝使參宿四受到了如此大的衝擊，以至於多年後，這顆恆星的表面仍然像一臺卡在高速旋轉迴圈中的搖搖晃晃的洗衣機一樣波濤洶湧、搖擺不定。事實上，過去三十年的多項研究發現，這顆恆星的自轉速度比它應有的速度快得多——至少比典型的超巨星快 100 倍。現在，一個國際天體物理學家團隊的一項新模擬表明，這種異常高的自轉是虛幻的，是觀測者被恆星超大泡沫的巨大規模所迷惑的情況。
德克薩斯大學奧斯汀分校的 J. 克雷格·惠勒說：“參宿四是否在自轉以及自轉速度有多快，都關係重大”，他沒有參與這項新的研究。如果這顆恆星的自轉速度比想象的要慢，天文學家將需要重新審視一個主要的理論，該理論認為參宿四是在不久前吞噬了一顆命運不濟的類太陽恆星後加速自轉的。而基於氣泡的解釋可以解開其他幾顆似乎表現出令人費解的高自轉速度的超巨星的謎團。
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巨大而模糊的氣泡
參宿四的氣泡究竟有多大？很難精確知道，因為恆星的大小（大約是我們太陽大小的 700 到 800 倍）和距離（離地球大約 500 到 650 光年或更遠）都存在不確定性。然而，無論這些爭論如何，它們無疑是巨大的，每個熱等離子體氣泡（更專業地稱為“對流泡”）的直徑都相當於地球繞太陽執行的軌道大小。有些可能會膨脹得更大，達到火星軌道的當量——大到足以吞噬我們的內太陽系。
儘管大小和距離的具體細節尚不清楚，但科學家們對他們測量的參宿四表面和周圍物質的移動速度更有信心。可以透過檢查恆星彩虹般的光譜的特性來辨別這些速度。例如，如果一顆恆星朝向地球的一面被顯示為朝向我們的星球飛馳，而另一面則顯示出相應的遠離運動，這將被解釋為恆星正在自轉的跡象——而這正是許多觀測反覆發現參宿四的情況。
阿塔卡瑪大型毫米/亞毫米波陣列 (ALMA) 在 2015 年拍攝的參宿四的模糊快照顯示瞭如此獨特的漩渦，這使得天文學家得出結論，這顆恆星的自轉速度達到了驚人的每秒五公里。這是一個謎題，因為隨著恆星在漫長的歲月中變成超巨星，透過膨脹它們的大氣層到一個巨大的體積，它們預計會相應地減慢自轉速度，就像一個旋轉的滑冰運動員透過伸展手臂來減速一樣。“對於參宿四這樣一顆單星來說，完成這種自轉基本上是不可能的，”惠勒說。但如果它確實是在吞噬了附近的一顆恆星後加速自轉的，那麼關於合併的線索就非常難以破譯，他說。“不清楚你是如何做到的，”惠勒補充道。
新的模擬，詳細描述在天體物理學雜誌通訊上 2 月份發表的論文中，透過在三維空間中模擬參宿四五年的虛擬動態，追蹤對流氣泡如何使恆星表面來回晃動，找到了其替代解決方案。結果顯示，成團的熱等離子體氣泡以接近每秒 30 公里的速度有規律地爆發和消退；當一組氣泡在恆星可見盤的一側上升，而另一組氣泡在另一側下降時，就會給人留下恆星快速旋轉的印象。
該研究的主要作者、德國加興馬克斯·普朗克天體物理研究所 (MPA) 的博士候選人馬靖澤說：“這就是我們認為可能欺騙我們眼睛的東西。”如果參宿四是完美的球形且不扭動，那麼快速自轉是有道理的，但其表面不穩定的運動會部分相互抵消，並最終導致 5 公里/秒的速度，這被誤認為是恆星的自轉，馬和他的同事們認為。將他們模擬的恆星模糊化，使其看起來像 ALMA 看到的那樣，顯示出恆星的晃動與望遠鏡觀測結果非常吻合。他和他的同事們說，即將到來的望遠鏡資料應該顯示，由於快速移動的細胞，恆星表面與 2015 年上次仔細觀察時不同。“我們非常肯定，如果再次觀察，它應該看起來完全不同——如果解釋是氣泡，”該研究的合著者、MPA 的天體物理學家塞爾瑪·德·明克說。而且，事實上，初步觀察 ALMA 兩年前對參宿四的觀測結果（由於望遠鏡的重大技術升級，這是迄今為止對該恆星最清晰的觀測）似乎支援了這項新研究的結果。“但還有其他方面與我們的預測不太一致，”馬說。“我們仍在熱切等待他們的分析。”
舊資料的新解讀
然而，並非所有人都確信如此巨大的對流氣泡真的可以模仿快速的恆星自轉。惠勒指出，一顆恆星的混亂機制似乎不太可能持續產生“幸運的巧合”，即恆星一側的氣泡恰好在另一側的氣泡下降時上升。“這對我來說似乎很令人驚訝，它的統計資料，”他說。
該研究暗示參宿四的自轉速度比之前認為的要慢，這也與“在三個不同時間使用三種不同技術進行的三個獨立觀測”相矛盾，天體物理學中心 | 哈佛 & 史密森尼的參宿四監測天體物理學家安德里亞·杜普雷說，她沒有參與這項新的工作。在這三項工作中，杜普雷和她的同事在1996 年的一項研究中分析了哈勃太空望遠鏡的觀測結果。他們的發現以及不同團隊在2006 年的研究和 2018 年的論文中分別使用哈勃資料和 2015 年 ALMA 資料的發現，都與恆星的快速自轉率相符。馬和他的同事們的模擬預測，在任何給定時間，參宿四上都應該有數百個活躍的大型對流氣泡，使其表面不斷翻滾沸騰，但這種情況是否屬實還有待實際觀測驗證。“我欽佩他們嘗試這樣做，”杜普雷說，“但我很想看看它是否真的存在。”
巴黎天文臺的天文學家皮埃爾·克維拉說，這項新研究“是一個思想實驗，這很好”，他領導了 2018 年對 ALMA 觀測的研究。“我認為它沒有完全考慮到所有論點。”至關重要的是，根據目前最好的估計，參宿四大約比我們的太陽重 10 到 20 倍——然而，出於合理的科學原因，在他們的研究中，馬和他的合著者模擬了一顆僅比我們的太陽重五倍的恆星。“我會說這是一個值得懷疑的選擇，”克維拉說。這篇新論文的附錄包括使用質量更大的恆星進行的其他模擬執行的結果，但正是質量較低的模擬恆星的較弱引力場產生了巨大的對流氣泡，這些氣泡可能合理地模仿快速自轉。儘管克維拉讚賞該團隊公開地包含這兩種模型，但他補充說，將其研究的主要結論建立在“一個與參宿四不太匹配的模型上，這……不是一種很好的呈現事物的方式。”
對於我們的計算機模型來說，在三維空間中再現參宿四翻滾的表面本質上是“一個非常棘手的問題”，我們的計算機模型是基於我們自身對稱的太陽的可預測運作。“儘管計算能力在過去十年中無疑取得了進步，“天文學家提出的問題總是更難，”他說。“大自然只是做它所做的——我們有責任趕上它。”
然而，在我們趕上之前，即使是像杜普雷和克維拉這樣研究參宿四數十年的天文學家，也發現很難推測這顆動盪的恆星究竟在做什麼——或者接下來會做什麼。
“誰知道呢？”克維拉說。“這是一顆飽受折磨的恆星。”