“恒星收缩与膨胀也会让它一闪一闪”

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这几个月，猎户座的参宿四牵动了许多天文学家和爱好者的心。 其亮度一时暗到人类有记录以来的最低值，许多人推测会成为超新星。

但是，天文学界很多人认为参宿四突然变暗不是因为要成为超新星。 关于变暗的原因众说纷纭，其中之一可能是恒星发生了脉动，也就是收缩和膨胀。 恒星脉动会改变恒星的亮度。

最近，一个研究小组在计算参宿四脉动、脉动对超新星亮度的影响时，假设来自收缩区域的光变暗，来自膨胀区域的光变亮。

打造了红色巨星，参宿四的半径确实发生了变化，其亮度也反复变暗。 那么，恒星脉动的原因是什么？ 脉动的恒星对天文学研究有什么重要性？ 它会变成超新星吗？

周而复始的膨胀和收缩

恒星一生的大部分时间依赖于内部氢的融合为氦的过程提供能量。 产生的能量产生外向的辐射压力，恒星自身的引力向内，两个力保持平衡，恒星保持一定的大小。 氢融合的产物是氦，当恒星内部氦充分蓄积，温度达到1亿开尔文时，中心的氦融合，恒星开始膨胀为红巨星或红超巨星。

红超巨星半径可以达到太阳半径的几百倍到几千倍，内部物质对表面物质的引力比较弱，表面大气的横摇变化会改变恒星半径，形成脉动。 参宿四的脉动属于这一类。

质量为太阳质量0.5倍的恒星，进入氦的燃烧阶段后，首先膨胀为红巨星，然后颜色变黄。 质量是太阳数倍或十数倍的恒星，进入氦燃烧的某个阶段后会变成黄色，变成黄巨星或黄超巨星。 这两类恒星的一部分产生周期性脉动。 脉动的根本原因是恒星大气中的氦。 氦有两个电子。 恒星内某个区域的温度达到3万开尔文左右时，氦的电子被电离。 恒星收缩时内部温度上升，温度达到4万开尔文左右时，氦的另一个电子也电离。 自由电子变多的话，恒星的大气不透明度变高，捕获的放射线变多，蓄积的能量变多，恒星膨胀。 膨胀后温度下降，两个电子中的一个再次返回，恒星大气不透明度下降，捕获的射线减少，恒星收缩。 收缩后升温，电子电离，以上过程循环往复，恒星反复膨胀收缩。 像

这样的脉动会使恒星的亮度周期性地变化。 质量是太阳质量的0.5倍任何恒星脉动时变成天琴座rr型变星，质量是太阳数倍或十数倍黄巨星或黄超巨星脉动时变成造父变星。

质量接近太阳质量100倍的恒星也发生脉动。 这样的恒星中心变为氧气后，氧核聚变产生的光子能量过高，成对变为电子和正电子对，后者成对变为中微子和反中微子对，中微子对轻松逃离恒星，恒星压力下降，收缩。 由于收缩，氧核的温度进一步上升，上述过程更加剧烈，形成循环，氧核产生的能量迅速释放，引起恒星膨胀，部分释放恒星外层物质。 这种脉动喷出过程被称为脉冲对不稳定性，因此会多次发生。

用周光关系测量银河距离

的恒星脉动在天文学中有重要的应用。 天琴座rr变星和造父变星的亮度变化周期和最大亮度有决定的关系，即周期光度关系。 只要弄清一部分这样的变星的准确距离，就可以根据周期光度关系明确其他同种变星的距离。 天文学家利用造父变星的周期光度关系，测量银河系内、仙女星系内及其他许多星系内造父变星的距离，揭示银河系的形状和太阳在银河系内的位置，从而发现仙女星系是银河外的星系以及宇宙在膨胀等。

天琴座rr型变星和质量小于8个的太阳质量的造父变星，质量太小，不能成为超新星。 像参宿四这样的红超巨星和质量在8个以上的太阳质量的造父变星会在超新星上爆炸。 质量接近100倍的太阳质量恒星，在经历几次脉动喷出后，最终会爆炸为超新星，或者直接衰变为黑洞。 天文学家从哈勃空之间望远镜的照片文件中发现了超新星爆发前的图像。 超新星中有些是红超巨星爆炸的，有些是黄超巨星直接爆炸的。 这意味着造父变星有可能直接爆炸为超新星。 注意

恒星变成天琴座rr型变星或造父变星后，通常不会变成这种变星状态，在某个阶段不再脉动，演化成其他类型的恒星。 大质量的造父变星有可能直接爆炸为超新星，但在完成脉动后，爆炸为超新星的情况越来越多。 (王善钦)

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