過去幾個月來，位于獵戶座的參宿四牽動了許多天文學(xué)家及愛好者的心,。其亮度一度變暗到人類有記錄以來的最低值,，以至于許多人猜測它將立即爆發(fā)為超新星。

但天文學(xué)界內(nèi)的大多數(shù)人認為參宿四突然變暗并不是因為它即將成為超新星,。圍繞變暗的原因眾說紛紜,，其中的一個可能原因是恒星發(fā)生了脈動——即收縮與膨脹,。恒星的脈動會使恒星的亮度發(fā)生變化,。

近日，一個研究小組假定參宿四在發(fā)生脈動的同時發(fā)生超新星爆發(fā),，計算了脈動對超新星亮度的影響——脈動時,，收縮區(qū)域發(fā)出的光變暗，膨脹區(qū)域發(fā)出的光變亮,。

作為一個紅超巨星,，參宿四的半徑確實在不斷變化，導(dǎo)致其亮度也反復(fù)變亮變暗,。那么,，恒星脈動的原因有哪些？脈動的恒星對于天文學(xué)研究有什么重要性,？它們都會爆發(fā)為超新星嗎,？

周而復(fù)始的膨脹與收縮

恒星一生中的大部分時間依靠內(nèi)部氫聚變?yōu)楹さ倪^程提供能量。聚變產(chǎn)生的能量產(chǎn)生了向外的輻射壓力,，而恒星自身的引力向內(nèi),，兩個力保持平衡，使得恒星保持一定大小,。氫聚變的產(chǎn)物是氦,，恒星內(nèi)部積累足夠多的氦且溫度達到1億開爾文后，核心的氦發(fā)生聚變,，恒星開始膨脹為紅巨星或紅超巨星,。

紅超巨星半徑能夠達到太陽半徑的幾百甚至上千倍，內(nèi)部物質(zhì)對表面物質(zhì)的引力比較弱,，表面大氣的翻滾變化,，會使恒星的半徑發(fā)生變化，形成脈動。參宿四的脈動就屬于此類,。

質(zhì)量為太陽質(zhì)量0.5倍的恒星,，進入氦燃燒階段后，會先膨脹為紅巨星,，然后顏色變黃,。質(zhì)量為太陽好幾倍或者十幾倍的恒星，在進入氦燃燒的某個階段時,，也會變黃,，成為黃巨星或黃超巨星。這兩大類恒星中的一部分會產(chǎn)生周期性脈動,。脈動的根本原因是恒星大氣中的氦,。

氦有兩個電子。恒星大氣內(nèi)某個區(qū)域溫度達到3萬開爾文左右時,，氦的一個電子被電離,。恒星收縮時，內(nèi)部溫度升高,，當(dāng)溫度達到4萬開爾文左右時,，氦的另一個電子也被電離。自由電子增多,，導(dǎo)致恒星大氣的不透明度增高,，被俘獲的輻射變多，積累的能量變多,，恒星膨脹,。膨脹會導(dǎo)致降溫，兩個電子中的一個重新復(fù)合回去,，恒星大氣不透明度降低,，被俘獲的輻射減少，恒星收縮,。收縮會導(dǎo)致升溫,，電子又被電離，導(dǎo)致以上過程循環(huán)往復(fù),，恒星就會反復(fù)膨脹收縮,。

這樣的脈動導(dǎo)致恒星的亮度發(fā)生周期性變化。質(zhì)量為太陽質(zhì)量0.5倍的那些恒星脈動時成為天琴座RR型變星,，質(zhì)量為太陽幾倍或者十幾倍的黃巨星或黃超巨星脈動時成為造父變星,。

質(zhì)量接近太陽質(zhì)量100倍的恒星也會產(chǎn)生脈動。這類恒星的核心聚變?yōu)檠踔?，氧核聚變產(chǎn)生的光子能量太高,，成對地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮优c正電子對,，后者又成對轉(zhuǎn)變?yōu)橹形⒆优c反中微子對，中微子對輕松地逃逸出恒星,，恒星壓力降低,，發(fā)生收縮；收縮導(dǎo)致氧核的溫度進一步升高,，上述過程更加激烈,，形成一個循環(huán)，氧核心產(chǎn)生的能量快速釋放,，引起恒星膨脹,，將恒星外層物質(zhì)拋出一部分。這樣的脈動噴發(fā)過程會發(fā)生多次,，因此被稱為“脈沖對不穩(wěn)定性”,。

用周光關(guān)系丈量星系距離

恒星脈動在天文學(xué)上有著重要的應(yīng)用。天琴座RR變星與造父變星亮度變化周期與最大亮度有明確的關(guān)系,，即周期—光度關(guān)系,。只要確定了一部分此類變星的精確距離，就可以通過周期—光度關(guān)系確定其他同類變星的距離,。天文學(xué)家利用造父變星的周期—光度關(guān)系,，先后測量了銀河系內(nèi),、仙女座星系內(nèi)以及其他多個星系內(nèi)造父變星的距離,，從而確定了銀河系的形狀與太陽在銀河系內(nèi)的位置，證明仙女座星系是銀河外的星系以及發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹等,。

天琴座RR型變星與質(zhì)量小于8個太陽質(zhì)量的造父變星因為質(zhì)量太小而無法成為超新星,。類似于參宿四的紅超巨星與質(zhì)量超過8個太陽質(zhì)量的造父變星會爆發(fā)為超新星。質(zhì)量接近100倍太陽質(zhì)量的恒星,，在經(jīng)歷幾次脈動噴發(fā)后,，最終會爆發(fā)為超新星或直接塌縮為黑洞。天文學(xué)家已經(jīng)從哈勃空間望遠鏡的照片檔案中發(fā)現(xiàn)了一些超新星爆發(fā)前的圖像,，證明有些超新星是紅超巨星爆發(fā)而成,、有些超新星是黃超巨星直接爆發(fā)而成。這意味著造父變星有可能直接爆發(fā)為超新星,。

需要注意的是,，恒星成為天琴座RR型變星或造父變星后，一般不會永遠處于這樣的變星狀態(tài),，而會在某個階段不再脈動,，并演化為其他類型的恒星。大質(zhì)量的造父變星雖然可能直接爆發(fā)為超新星,，但更多時候會在結(jié)束脈動后再爆發(fā)為超新星,。