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2017-12-21 首度直接觀測到紅巨星表面的米粒組織

 
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The surface of the red giant star π1 Gruis from PIONIER on the VLT. Credit: ESO  歐南天文台(ESO)天文學家Claudia Paladini等人利用位在智利的超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)與PIONIER儀器進行觀測,首度直接觀察到太陽以外其他恆星表面的米粒組織(granulation)。

  天鶴座位在秋季的南天,位在秋天唯一擁有一等星北落師門的南魚座以南,臺灣地區在約9-11月的傍晚入夜後可見於南方地平附近。天鶴座π1(π1 Gruis)距離地球約530光年,是顆已演化到生命末期的紅巨星,質量約為太陽1.5倍,但直徑卻是太陽的350倍以上,所以它的總亮度比太陽還亮數千倍,然而它表面溫度也比太陽低許多,使其表面其實比太陽還要暗,表面重力也比太陽的還要小。再過約50億年之後,我們的太陽也會演化成一顆類似天鶴π1的紅巨星。

  類似太陽大小的恆星,在其可見表面—光球層(photosphere)以下,大多是所謂的對流層(convection zone),物質經由上下對流的方式將恆星內部的能量傳遞到表面,而米粒組織就是在太陽表面看到的對流胞頂端,看起來就像一粒一粒的米粒一樣;典型的米粒組織直徑大多在1500公里左右,每顆米粒(granule)大約可存在8-20分鐘左右。然而,天鶴π1表面米粒組織數量很少,但每顆米粒的直徑卻比天鶴π1直徑的1/4還大,約相當於1.2億公里,大概比太陽中心到金星軌道距離還要大一些,可見每個米粒之巨大。

  許多巨星表面的光球層會被塵埃掩蔽而影響觀測結果。不過雖然塵埃也有出現在離天鶴π1有段距離之處,不過採用紅外波段觀測,這些塵埃就一點也不礙事了。這就是PIONIER儀器的威力所在。

  在很久以前當天鶴π1核心的氫元素就已用盡時,這顆逐漸老邁的恆星就已經暫時停止第一階段的核心核融合反應。沒了核心產生熱能的支撐,恆星開始收縮,核心因而被加溫,直到核心溫度超過1億度時,點燃了氦融合成碳和氧的第二階段核融合反應;高溫致使恆星外層大氣部分向外擴張,導致它像吹氣球一樣,直徑膨脹成原來的數百倍大。我們如今所見的天鶴π1是顆易變的紅巨星,直到這個天鶴π1研究之前,天文學家從未直接拍攝到這類恆星的表面細節。

  通常質量在8倍太陽質量以上的大質量恆星演化到生命末期的時候,會以超新星爆炸方式結束一生;質量低一些的恆星則是默默的膨脹其外層大氣,逐漸形成美麗的行星狀星雲。先前的天鶴π1研究結果發現距離天鶴π1約0.9光年之處有個物質殼層,應該是在20,000年前拋出的物質所形成的。這個紅巨星外層大氣膨脹成行星狀星雲的階段通常只有數萬年,相較於動輒數十億至上百億的中低質量恆星壽命而言,是非常短暫的。而Paladini等人顯然抓到了一種新方式來探索這個短暫的紅巨星階段,相信必定還有許多有趣的發現在等待這些天文學家去探索。

資料來源:http://www.eso.org/public/news/eso1741/, 2017.12.20, KLC

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