盡管銀河系內(nèi)有80%的恒星比我們的太陽(yáng)小得多，但和一些更加龐大的恒星相比，我們的太陽(yáng)仍然小得可憐。
在冬季的夜空，我們可以在著名的獵戶座的肩膀上看到一顆非常明亮的恒星，那就是參宿四。在這顆恒星面前，我們的太陽(yáng)簡(jiǎn)直就像是一粒沙子。
（圖片說(shuō)明：紅巨星假想圖）
參宿四又叫獵戶座α星，是夜空中除太陽(yáng)外第十二亮的恒星。它是一顆紅巨星，直徑大約是太陽(yáng)的900倍左右，也就是大約11億公里，體內(nèi)可以放下7.3億個(gè)太陽(yáng)。如果把它放在太陽(yáng)的位置上，甚至火星和小行星帶都會(huì)被它吞噬。
科學(xué)家告訴我們：參宿四是一顆脈動(dòng)變星，體積會(huì)發(fā)生較大的變化，最大的時(shí)候甚至有可能達(dá)到太陽(yáng)的1170倍。
和太陽(yáng)相比，參宿四的自轉(zhuǎn)速度很快，在赤道處可以達(dá)到每秒5.5公里，而太陽(yáng)只有2公里/秒的速度。雖然恒星之間各有各的特色，也并不是什么稀奇事，但是科學(xué)家還是從中發(fā)現(xiàn)了異常之處。
（圖片說(shuō)明：科學(xué)家利用望遠(yuǎn)鏡拍攝并處理后的參宿四圖像）
我們剛才介紹了，參宿四是一顆紅巨星。所謂的紅巨星，是太陽(yáng)或者更大的恒星在進(jìn)入演化末期時(shí)必定會(huì)經(jīng)歷的一個(gè)階段。由于核心處的氫已經(jīng)反應(yīng)殆盡，整個(gè)恒星開(kāi)始膨脹，所以才會(huì)變得如此巨大。
我們知道，物理學(xué)上有一個(gè)非常重要的定律，叫做角動(dòng)量守恒定律。而隨著一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的體積變大，其旋轉(zhuǎn)速度會(huì)變慢。這個(gè)現(xiàn)象在花樣滑冰比賽中體現(xiàn)得非常明顯，當(dāng)花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員伸開(kāi)手臂的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)速度比較慢；如果用手臂抱緊自己，旋轉(zhuǎn)速度就會(huì)變得非常快，因此這個(gè)現(xiàn)象又被稱作花樣滑冰效應(yīng)。
同樣的，這個(gè)道理在恒星上也適用，紅巨星體積比較大，理論上來(lái)說(shuō)自轉(zhuǎn)速度應(yīng)該比較慢才對(duì)。但是，參宿四不僅比太陽(yáng)快，而且自轉(zhuǎn)速度幾乎達(dá)到了太陽(yáng)的3倍，這個(gè)現(xiàn)象非常難以置信。實(shí)際上，不僅是參宿四，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)其他一些紅巨星也擁有比理論上更高的自轉(zhuǎn)速度。
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，路易斯安那州立大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)助理教授Manos Chatzopoulos一直非常感興趣。他表示：“最近關(guān)于大質(zhì)量主序星的觀測(cè)顯示，其中很大一部分都擁有著較大的自轉(zhuǎn)速度，其中最大的甚至達(dá)到了450公里/秒。”而我們前不久也介紹過(guò)，我國(guó)天文學(xué)家利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡，甚至發(fā)現(xiàn)了自轉(zhuǎn)速度達(dá)到540公里/秒的恒星LAMOST J040643.69+542347.8。而NASA的開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡，也發(fā)現(xiàn)了大量自轉(zhuǎn)速度比太陽(yáng)快18倍甚至更多的大質(zhì)量恒星。這些恒星都在挑戰(zhàn)人類的物理定律，也一直困擾著很多科學(xué)家。
在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的分析和研究之后，Chatzopoulos提出了自己的猜想，并且將論文預(yù)先發(fā)表在arXiv上。在論文中他指出：參宿四之所以有如此高的自轉(zhuǎn)速度，很可能因?yàn)樗怯蓛深w恒星合并而成的。
實(shí)際上，科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，這些高速自轉(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星中，有很大一部分都位于雙星系統(tǒng)中。包括中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的那顆迄今為止自轉(zhuǎn)最快的恒星，雖然目前發(fā)現(xiàn)是單獨(dú)一顆，但我國(guó)科學(xué)家認(rèn)為它曾經(jīng)也是雙星系統(tǒng)中的一員。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李廣偉副研究員猜測(cè)：主星憑借強(qiáng)大的引力吸收伴星的物質(zhì)，這些物質(zhì)下落的過(guò)程中增加了主星的角動(dòng)量，為其加速。當(dāng)主星發(fā)生超新星爆發(fā)后，將伴星甩開(kāi)，所以我們今天只能看見(jiàn)單獨(dú)的一顆恒星。
同樣的，Chatzopoulos也持有類似的觀點(diǎn)。他在自己論文的導(dǎo)言中也這樣解釋參宿四的自轉(zhuǎn)速度：“我們認(rèn)為，能夠解釋參宿四的快速自轉(zhuǎn)以及我們觀測(cè)到它的巨大空間速度的最佳理論是：一個(gè)雙星系統(tǒng)在幾百萬(wàn)年前被其宿主星團(tuán)（獵戶座OB1星協(xié)）拋射出來(lái)，隨后發(fā)生了合并?！彼赋?，雙星系統(tǒng)的合并在宇宙中扮演的角色，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了科學(xué)家以往的認(rèn)知。
（圖片說(shuō)明：夜空中的獵戶座，左上角的是參宿四）
“目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大多數(shù)（大約60%）大質(zhì)量恒星都是雙星系統(tǒng)的成員。而且，這些系統(tǒng)中大部分的大質(zhì)量恒星都會(huì)和它的同伴發(fā)生過(guò)相互作用，甚至其中1/3已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)恒星的合并過(guò)程。這些發(fā)現(xiàn)都告訴我們：恒星合并對(duì)于大質(zhì)量恒星自轉(zhuǎn)特性長(zhǎng)期演化的影響至關(guān)重要。"
對(duì)于參宿四，他的推測(cè)是：大約在幾百萬(wàn)年前，參宿四和它的伴星都位于獵戶座OB1星協(xié)中其中主星的質(zhì)量約為太陽(yáng)的16倍，伴星的質(zhì)量為太陽(yáng)的2-3倍。后來(lái)，在未知原因下，這個(gè)雙星系統(tǒng)被拋射出來(lái)。Chatzopoulos相信參宿四就是從這里被拋出的，以每秒鐘30公里的速度在星際之間穿越，形成了一個(gè)長(zhǎng)度達(dá)到了4光年的弓形沖擊波。
（圖片說(shuō)明：獵戶座星協(xié)示意圖，左上角亮星為參宿四。如果它真的是從獵戶座OB1星協(xié)被射出來(lái)，那么它穿越的星際空間十分遙遠(yuǎn)）
我們說(shuō)過(guò)，越大的恒星壽命越短。雙星系統(tǒng)中的主星首先進(jìn)入到演化末期，膨脹為紅巨星，膨脹到太陽(yáng)的200-300倍，最終吞噬了自己的伴星。在這個(gè)過(guò)程中，合二為一的新恒星獲得了更大的角動(dòng)量，最終形成了今天參宿四高速自轉(zhuǎn)的現(xiàn)狀。
這個(gè)想法不僅停留在設(shè)想之中，他還利用計(jì)算機(jī)模擬了這個(gè)過(guò)程。下圖就是Chatzopoulos和他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行模擬的截圖，其中左側(cè)顯示的是雙星系統(tǒng)最初的狀態(tài)，右側(cè)是伴星在主星強(qiáng)大的引力下被撕碎后螺旋進(jìn)入主星的場(chǎng)景。圖中不同的顏色，代表的是不同的溫度。
值得注意的是，伴星被吞噬的過(guò)程非?？?，在圍繞主星公轉(zhuǎn)了僅僅175圈之后，它就和主星接觸到了一起，然后迅速墜入主星的氦核直到在潮汐力的作用下徹底瓦解。最后這個(gè)過(guò)程，僅僅經(jīng)歷了5天。
除了計(jì)算機(jī)模擬之外，他們還有其他的證據(jù)，那就是參宿四內(nèi)部的氮?dú)?/span>。雖然含量不是非常高，但對(duì)于參宿四來(lái)說(shuō)已經(jīng)超出了理論范圍。根據(jù)Chatzopoulos等人的說(shuō)法，正是在伴星墜入主星的過(guò)程中，內(nèi)部的氮被攪動(dòng)、翻滾起來(lái)，被我們檢測(cè)到。
Chatzopoulos的團(tuán)隊(duì)指出，這個(gè)解釋不僅能夠說(shuō)明為何參宿四有如此驚人的自轉(zhuǎn)速度，同樣也適用于其他高速自轉(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星。他們相信，這是“快速旋轉(zhuǎn)的巨星和超巨星合理的形成渠道”。
除此之外，他們也提出了另一種猜測(cè)，那就是參宿四的角動(dòng)量在兩顆恒星還獨(dú)立存在時(shí)就已經(jīng)獲得了，而在它進(jìn)入演化末期后才體現(xiàn)出來(lái)。不過(guò)，這個(gè)說(shuō)法還有些需要調(diào)整的地方，而且可能性不大。
不論是哪種可能，他們說(shuō)的一點(diǎn)都是正確的：雙星的合并在宇宙中扮演著極其重要的角色。我們對(duì)于這樣的現(xiàn)象只有很少的理解，必須通過(guò)更多的觀測(cè)和模擬來(lái)了解這個(gè)過(guò)程?？梢钥隙?，這個(gè)過(guò)程中還有大量的秘密，等待著科學(xué)家去探索。
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