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幾顆著名的星 --- 參宿四

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發表於 2010-6-6 00:51:28 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 mca 於 2010-6-30 18:07 編輯

(天文史上有幾顆著名的星,以後分幾期介紹,先說參宿四。)
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在冬季,獵户 Orion 是最和易辨認的星座,特別是在左肩的紅色亮星參宿四 Betelgeuse,大家猜猜它的平均密度是多少 ?  答案是意料之外 …..

           


參宿四是一顆晚年的「超巨星」supergiant,質量是太陽的 15 ~ 20 倍,表面溫度較太陽低二千度,所以顏色偏紅,星等在 0.1 ~ 1.2 之間變化,距離 640 光年 (VLA-Hipparcos 測量值)。在晚年的大質量星,其內層的種種核燃反應進行甚速,大量輻射和對流作用令星體非常肥腫,直徑也不穩定,不穩定的原因未明,只知參宿四膨脹時直徑超過 10 AU,比木星繞日軌道大,收縮時亦有 8 ~ 9 AU。再計算它的平均密度 (質量 / 體積),約得 0.000 000 03 g / cc,比太陽密度 (1.4 g / cc ) 還要小四千多萬倍, 比呼吸的空氣稀薄四萬倍,如此稀薄的氣體,在地球上已是看不見的  "真空" 了,但参宿四卻是天上可見的的真空標本,而且還相當明亮。


               


根據星體演化理論,數千年後,參宿四的所有核燃料亦消耗殆盡,內層沒有足夠壓力乘受外層物質的重量,於是星體開始引力塌縮,下塌速度高達 1/6 光速,當星體核層被上層下塌物質壓得太擠時,它會迅速反彈,結果參宿四爆炸成為超新星,爆炸後的遺體很可能是中子星 (neutron star)。中子星全由擠得奇密的中子組成,所以體積小如大嶼山但密度卻大得驚人,有 10^14 g / cc 或太陽密度的數十萬億倍。你看,宇宙真奇妙,参宿四的密度在瞬間可由極稀變至極大 !

參宿四的視直徑約是 0.05 角秒,它是唯一在大望遠鏡見到  "星冕" 的太陽系外星體。


                   最新的参宿四照片 (見到它的 "星冕" 嗎 ?)
                  


參考:

Betelgeuse Is Shrinking (Click icon to play the slides)
http://www.amnh.org/sciencebulle ... betelgeuse.20090629

Betelgeuse: The incredible shrinking star
http://www.newscientist.com/arti ... shrinking-star.html

Unveiling the true face of Betelgeuse
http://www.astronomynow.com/news/n0907/29betel/

A new VLA-Hipparcos distance to Betelgeuse and its implications
http://iopscience.iop.org/1538-3881/135/4/1430


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ps

最新研究指出在過去十五年,參宿四的光度變化不大但直徑下跌 15 %,下跌原因未明,可能是星體臨終的引力塌縮,可能是強勁的恆星風 (stellar wind) 使星體物質大量流失,可能是核燃燒變化造成,也可能是科學家不知的問題。如果這 15 % 下跌全由引力塌縮引起,一千年甚至百年內,參宿四會爆炸為超新星。
發表於 2010-6-6 12:26:37 | 顯示全部樓層
interesting topic.
"密度比呼吸的空氣還要稀薄四萬倍,如此稀薄的氣體,在地球上已是看不見的  "真空" 了,但参宿四卻是天上可見的的真空標本,而且還相當明亮。"
這是一個…迷。
 樓主| 發表於 2010-6-6 19:54:42 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2010-6-6 19:55 編輯

在兩種情況下能見天上極稀薄的氣體

1.  氣體本身發光,或反射鄰近的星光
2.  氣體有足夠厚度使透明度減低
      (天文系有一課題專講 stellar opacity 恆星透明度)

所以参宿四能被地球人見到
發表於 2010-6-9 02:32:45 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WFC-3 於 2010-6-9 03:41 編輯

參宿四的表面温度大約3500K,發出的光屬於熱輻射,熱輻射是連續光譜,在此温度下參宿四放出較多的紅色光,所以參宿四呈現明亮的紅色被人看到。

參宿四核心的溫度和密度很高,核融合反應正製造出很多比碳還要重的元素,而密度和溫度較低的外層對流氣殼,則佔了恆星的大部份體積。

另外天文學家也確認過一些 Core Collapse Supernova的前生是藍超巨星 而不是紅超巨星而令
它們大惑不解,後來有解釋認為恆星在臨爆炸前拋出稀薄的外層物質,暴露了較熱的內層,令恆星變藍,
後來真的在超新星SN1987A的周遭找到一些證實是恆星爆炸前噴出的物質,也有的認為SN 1987
擁有一顆伴星,伴星的引力吸走了紅超巨星的外層,剩下髙溫的內層,令恆星變得像一顆藍超巨星。
 樓主| 發表於 2010-6-9 12:57:09 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2010-6-25 10:48 編輯

是的,恆星演化理論並非 “一刀切” 那樣肯定,因為在地球上我們無法仿製一顆星來做實驗,只能從統計上把觀測結果綜合和分析,有很多星體的暫變現象還未明白,以參宿四為例,它的光變周期在上世紀約 6 ~ 8 年,但近年研究指它在過去十五年光度無大變化,但直徑反而縮減 15 %,這個縮率相當于每秒二百公里速度,十分驚人,也令人迷惑,所以要繼續研究,何況參宿四是目前唯一影到星面的超巨星,必要時修改星體演化理論也說不定。

你說的發光機制,在舊貼文 《星雲有幾多種 ?》 略提及過:
https://forum.hkas.org.hk/viewthr ... &extra=page%3D3

星雲沒有恆星的高溫高壓來生產核能,因此它們要依靠其他途徑才見 (測) 得到,大致上有:
電離發光 ( ~ 螢光)
因反射鄰近星光而現身
因吸收背後星光呈黑色而現身
因吸收星光後再輻射紅外線而現身
受中心星的磁場影響令星雲的高速帶電粒子發出非黑體的「同步輻射」 (e.g. 蟹狀星雲內的中子星)

希望有機會在  天文Q&A  再談。

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ps   國內有一本科普書叫 "蟹狀星雲和它的明珠",作者是專業的何香濤教授,內容涉及不少天文物理,文筆流暢,也有「天關客星」的歷史和中外的研究資料,初版 1981 年,新版 2005 年,印象中新舊版會址都有(不肯定),在此順便推介。
發表於 2010-6-11 20:35:54 | 顯示全部樓層
Thanks for Alan's Sharing!

突然想起在2002年在麒麟座有顆突然增亮了亮度達太陽60萬倍的恆星V838 Monocerotix,周遭更出現了一個新星雲,像是nova的變星,由白矮星造成爆炸引起,後來發覺不是爆炸,星光又亮又紅,表面温度比太陽低,像一顆紅超巨星,星雲膨脹得又快,知道是周遭星際物質反射變星的光造成的迴光現象,而不是爆炸造成的碎片。

V838 Monocerotix的前生是一顆高溫藍星,恆星變亮和變紅是星體外殼層急速膨脹引起,這種變星雖然前所未見,但有天文學家猜測他們可能目撃到大質量恆星演化的重要階段。

http://heritage.stsci.edu/2005/02/supplemental.html
 樓主| 發表於 2010-6-12 00:26:32 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2010-6-12 00:46 編輯

你提到的 V838 是有趣的天文物理示範,是回光 (light echo) 的好例子,回聲大家知道係乜,回光卻很少聽過,與 quasar 相似,回光可以制造 “快” 過光速的假象呀,你有冇興趣寫番篇野在 Q&A 或會訊介紹吓  ?




在網見過的
V838   http://apod.nasa.gov/apod/ap040305.html
V838 & its light echo  http://hypography.com/news/astronomy/32954.html
Light Echo  http://en.wikipedia.org/wiki/Light_echo


ps
快過光速的假象,在會訊 Newsletter 2007 年 8 - 9 月  p.31《類星體》文內介紹過。
發表於 2010-6-13 20:03:42 | 顯示全部樓層
7# mca

我嘗試利用僅有的數學知識,去解釋變星V838(Mon)何以產視超光速的幻象,
不肯定所用的方法是否合理,需要進一步的確認,如有錯誤請指正!

IMG_9163.JPG IMG_9164.JPG
 樓主| 發表於 2010-6-14 13:20:03 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2010-6-15 13:38 編輯

(回應 #8  WFC-3 )

討論便是,不敢說指正。你的數學正確,當一個物體以極高速度脫離母體時 (包括 V838 Mon 的回光現象),物體的視覺速度往往大于 c。

我只有小小補充,「視超光速」 Superluminal velocity 有一條基本公式,它的原理和你解釋相同,見下圖,這圖也說明在低速 (V 遠小于光速) 的天象中,用普通力學常識理解便足夠了,但在近光速時,"相對論效應" 必須考慮在內。




舉例,如果  θ = 36.7 度,視超光速 Vobs = 3 c
如果  θ = 11.5 度,視超光速 Vobs = 10 c
如果 θ = 2.3 度,視超光速 Vobs = 50 c !
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