57种视角还原恒星衰亡，天文学家揭开太阳最终宿命
看！这57种视角下的垂死恒星，正是太阳晚年的真实样板
垂死恒星的57张特写！暗藏太阳系50亿年后的终极命运
看！这57种视角下的垂死恒星，正是太阳晚年的真实样板
借助ALMA，垂死恒星长蛇座W的不同形态在不同的分子谱线中被观测到。图中展示的是选自共 57 张观测图片中的 30 种形态。
（图片来源：K。 Ohnaka、N。 Lira及ALMA（欧洲南方天文台 / 日本国立天文台 / 美国国家射电天文台））
天文学家通过不同分子谱线，观测到这颗遥远爆发恒星的 57 种不同“形态”，完整还原恒星衰亡过程及其对周围环境的影响。依托该研究，我们能更准确地预测太阳约 50 亿年后的演化结局：太阳步入衰亡末期，膨胀为红巨星，最终吞噬包括地球在内的带内行星。
这些观测由阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）完成，该阵列由智利北部的66个射电天线组成，共同成就目前规模最大的天文观测项目。
在甚大望远镜（VLT）的协助下，ALMA正在研究一颗垂死恒星——长蛇座W，这是一颗距离地球320光年的红巨星或渐近支巨星（AGB star）。ALMA通过观测57种不同分子对光的发射与吸收（即光谱线），以一种全新的方式研究了这颗红巨星，每条谱线都揭示了一层长蛇座W动荡而又狂暴的大气。
来自安德烈斯・贝略大学（智利）的项目负责人Keiichi Ohnaka在发布声明中介绍：“借助ALMA，我们既能达到观测太阳级别的观测分辨率，还能从各种不同的分子视角观察这颗垂死恒星的大气结构。每种分子揭示了长蛇座W的一种形态，让我们看到其大气环境超乎预期的动态变化与复杂结构。ALMA 与 VLT 搭载的球面成像设备（SPHERE）数据联用，实现了近乎实时关联气体运动、分子化学反应与星际尘埃生成，这在过去是很难做到的。”
不同分子讲述垂死恒星的不同故事
正是ALMA超高的探测灵敏度——能在6。2英里（10公里）外拍出一粒米粒的清晰图片，使研究团队得以观测到这颗红巨星及其大气层内的动态结构。这些结构包括“致密团块、弧形气壳与羽状物”，它们均随所研究分子的不同而变化。ALMA观测到的光谱线，就像不同化学物质的光学“指纹”，形成于不同条件，因此这些不同的分子为研究长蛇座W提供了独特的视角。
从这些不同的光谱线来看，这颗红巨星的体积已膨胀至其原始大小的数倍。事实上，若将其置于太阳系中太阳的位置，其外层大气将吞噬火星轨道以内的所有行星。这些膨胀区域呈现出云状形态，其形状由冲击波、脉动以及中心恒星的热辐射共同塑造而成。
ALMA的观测数据显示了长蛇座W周围气体运动的变化：靠近红巨星内核的气体以约22，400英里/小时（36，000 千米/小时）的速度向外喷射，而高层大气则以约29，000英里/小时（46，000 千米/小时）的速度向内坠落，形成持续动态变化的分层流动模式。这与对流元和脉动驱动激波塑造红巨星大气结构的3D模型相吻合。
借助ALMA，垂死恒星长蛇座W的不同形态在不同的分子谱线中被观测到。图中展示的是选自共 57 张观测图片中的 30 种形态。（图片来源：K。 Ohnaka、N。 Lira 及ALMA（欧洲南方天文台 / 日本国立天文台 / 美国国家射电天文台））
该团队研究结果中最引人注目的发现之一，是通过将ALMA的观测数据与VLT搭载的球面成像设备采集的数据进行比对后，揭示了所观测到的分子及新生尘埃的存在。由于两次观测仅相隔九天，研究团队得以实时将气体化学成分与尘埃形成过程联系起来。研究发现，一氧化硅、水蒸气和一氧化铝等分子恰好出现在 VLT 数据中观测到的团块状尘埃云位置处，这表明这些化学物质直接参与了尘埃颗粒的形成过程。
研究还发现，一氧化硫、二氧化硫、氧化钛以及可能存在的二氧化钛等其他分子，在长蛇座W周围的某些区域与尘埃存在重叠分布，因此可能通过激波驱动的化学反应促进尘埃形成。另一方面，氰化氢等分子虽在恒星附近存在，但似乎并未直接参与尘埃的形成。
当像长蛇座W这样的垂死恒星抛射其外层物质时，大量分子充斥进它们周围的宇宙环境或星际介质，这些分子又会成为新恒星和行星的物质原料。这项研究以及对红巨星尘埃形成与喷流现象的观测，有助于更好地理解天体物理领域悬置已久的难题：渐近支巨星的质量损失机理。
乌普萨拉大学的研究团队成员Ka Tat Wong表示：“渐近支巨星的质量损失是恒星天体物理领域尚未解决的最大难题之一，依托ALMA，如今我们得以直接观测到这种物质喷流的起始区域，即激波、化学反应与尘埃形成相互作用的核心区域。长蛇座W为我们提供了难得的机会，利用真实且具有空间分辨率的数据来验证并完善我们的理论模型。”
长蛇座W还可充当科学的“预言水晶球”，预示太阳的命运，告诉我们太阳晚年将如何抛洒物质，为太阳系周边星际空间储备诞生新恒星、行星乃至生命的原料。
该团队的研究成果已于12月2日刊发在《Astronomy ＆ Astrophysics（天文学与天体物理学）》。
BY: Robert Lea
FY: Zoey
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.space.com/astronomy/stars/57-ways-to-capture-a-dying-star-astronomers-get-a-glimpse-of-what-will-happen-when-our-sun-dies
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