大犬座VY

大犬座VY

大犬座VY(VY Canis Majoris,VY CMa)是一顆位於大犬座的紅色特超巨星,距離地球4900光年,視星等7.95。據推測,其質量約為30~40倍太陽質量,半徑約有1,420倍太陽半徑。大犬座VY不僅巨大,光度也有太陽的50萬倍之多,是光度最高的恆星之一,因此也被歸為特超巨星。它和其他大部分出現在聯星或多重星系統中的特超巨星不同的是,它是單一恆星。大犬座VY同時也是變光周期約2000日的半規則變星。平均密度是5到10mg/m3。如果將大犬座VY放在太陽系中心,它的表面位置將會在土星軌道之外;不過也有天文學家認為該恆星半徑應是小得多,大約600倍的太陽半徑,在火星軌道之外。雖然它的體積是太陽的100億倍左右,但質量只是太陽的40倍左右(大犬座VY是已知體積第2大的恆星,體積第一大的是盾牌座UY,質量最大的恆星是R136a1)。

基本信息

恆星性質

大犬座VY和太陽比較圖,太陽在圖中看不到了大犬座VY和太陽比較圖,太陽在圖中看不到了

大犬座VY首次觀測紀錄是1801年3月7日法國天文學家傑羅姆·拉朗德將它以一顆視星等7等恆星記錄在他的星表中。之後在19世紀研究其光度時認為它的星等在1850年開始下降。

自1847年開始已知大犬座VY是一顆深紅色恆星。19世紀的觀測發現大犬座VY有至少六個明亮的分離區域,因此認為它可能是一個多重星。今日我們知道這些明亮區域其實是大犬座VY周圍雲氣的明亮部分。1957年的光學觀測和1998年的高解析度觀測都確認大犬座VY沒有伴星。

大犬座VY是一顆高光度的M型恆星,表面有效溫度約3400 K,在赫羅圖位於右上角,因此它成為超巨星的過程被認為是相當複雜。而它可能原本是O型主序星,質量是35到40 M☉(太陽質量)。

距離測量

更小的仙王座VVa與其他天體的比較更小的仙王座VVa與其他天體的比較

恆星距離可以使用地球繞太陽公轉時產生的視差量測。但是大犬座VY的視差過小,且誤差過大而無法使用此法。

1976年查爾斯·拉達(Charles J. Lada)和馬克·里德(Mark J. Reid)在大犬座VY東方15角分處發現了一個分子雲。該分子雲的邊緣有一個明亮的環,在環處有明顯的一氧化碳譜線強度大幅下降,且 CO 譜線強度上升狀況被觀測到,這兩個狀況可能分別代表分子的破壞和環與分子雲之間有加熱現象。拉達和里德假設分子雲和地球的距離與疏散星團NGC 2362和地球的距離相同,因此星團中的恆星將環中的分子電離了。NGC 2362和地球的距離以顏色-星等圖判定是1500 ± 500秒差距。

大犬座VY位於環的一角,因此它可能和分子雲有關聯。此外,分子雲的速度非常接近大犬座VY的徑向速度。這近一步顯示大犬座VY和分子雲以及星團NGC2362相關,這意味著大犬座VY的距離也是1500秒差距。

體積

大犬座VY與太陽比較大小大犬座VY與太陽比較大小

過去明尼蘇達大學教授蘿勃塔·韓福瑞(RobertaM.Humphreys)預測大犬座VY星的半徑大約是1800-2100倍太陽半徑。如果將大犬座VY放在太陽系中心,它的直徑超過到土星軌道(約10天文單位)。光繞行它一周的時間要9小時,而光繞行太陽一周時間為14.5秒。

然而更新的觀測表明大犬座VY周圍的氣體使人們高估了它的大小。它的實際大小為太陽半徑的1420±120倍.也就是說在它體內可以塞進30億顆太陽。

大犬座VY估計質量是太陽的17±8倍,在它剛誕生之時它的質量要大得多。約有太陽的30到40倍重,是一個熾熱的O型主序星。根據恆星演化的模型,25倍太陽質量的O型星的直徑大約是太陽的5到8倍,也就是說目前大犬座VY已經膨脹到了其主序星時代的180倍大,並且損失了一半的體重。

左側幾乎看不到的那個黃點就是人類世界中占絕對統治地位,縱橫達139.2萬公里的我們的太陽!這顆紅特超巨星體積雖然達太陽的30億倍,但太陽的質量並不如圖顯得那樣渺小,大致是大犬座VY的17分之一,也就是說我們的太陽在恆星中其實是算中等質量。如果把大犬座VY星放到太陽的位置上,它就會把水星,金星,地球,火星,木星全部包含在內。步步緊逼土星,將土星光環徹底摧毀,剩下的氣體行星也會逐漸被蒸發掉。

光度

2006年蘿勃塔·韓福瑞以大犬座VY的光譜能量分布距離計算它的光度。因為大多數輻射都被恆星周圍雲氣中的塵埃阻擋,韓福瑞的積分計算中把通過整個雲氣的總輻射計算進去,結果是它的光度為太陽的56萬倍。

在新測定的半徑之下,大犬座VY的光度大約是太陽的27萬倍,約為舊估值的一半。有人認為如此大的恆星是由質量150倍太陽以上的超重恆星演化而成,然而事實上質量超過太陽60倍的恆星不可能冷卻到3500K。一個150倍太陽質量的恆星,誕生之時擁有5.5萬K的表面溫度,它經過主序星後也會產生一定幅度的膨脹,成為藍特超巨星。但是即使膨脹到最大程度,它的半徑也只是太陽的400到500倍,表面溫度仍在1萬K以上。這樣的恆星是不會經過紅超巨星階段的。它短暫的生命不足以支撐它將外殼擴張到太陽的1400倍大,而過於劇烈的核反應也會導致它的外層被猛烈地噴射到太空中去,而不是像20倍太陽質量的恆星一般穩定的膨脹至太陽的1000倍大。

大犬座VY大犬座VY
天文學界對大犬座VY的大小有很大的爭議,一種觀點認為,這顆星是一個巨大明亮的紅色特超巨星,直徑至少為太陽的1420倍。而另一種觀點認為,它只是一個普通的紅超巨星,直徑只有大約太陽的600倍。

除了體積以外,大犬座VY的光度也是爭議論點。韓福瑞認為可見光測光是不夠的,因為恆星周圍的塵埃會使可見光波長變長而變成紅外線。

大犬座VY也出現了如何界定這類巨大恆星“表面”(以及半徑)的問題。它的平均密度是0.000005到0.000030kg/m,少於地球海平面大氣密度千分之一。因為恆星密度會隨深度變化(進行核融合的核心密度必須極高),因此恆星表面的密度比經由恆星質量和體積計算出的密度(質量除以體積,球體體積公式是三分之四乘圓周率乘R的立方,其中R是半徑)甚至是地球高層大氣的密度要低。這代表了在技術上確定恆星半徑的兩難狀況。例如像蟹狀星雲這樣的超新星遺蹟就有一個極高密度的“核心”(中子星)和周圍廣達11光年的“大氣層”;而太陽的半徑界定從未將日冕計算進去。這裡更大的問題是太陽的日冕溫度和密度都比大犬座VY的“表面”來得高。而至今尚未建立一個恆星噴發層是否屬於恆星半徑範圍的分界線。

質量損失

舊的數據大犬座VY的質量達到太陽的30或者40倍,是質量最大的紅特超巨星。因此有人認為如此大的恆星是由質量150倍太陽以上的超重恆星演化而成,然而事實上質量超過太陽60倍的恆星不可能冷卻到3500K。一個150倍太陽質量的恆星,誕生之時擁有5.5萬K的表面溫度,它經過主序星後也會產生一定幅度的膨脹,成為藍特超巨星。但是即使膨脹到最大程度,它的半徑也只是太陽的400到500倍,表面溫度仍在1萬K以上。這樣的恆星是不會經過紅超巨星階段的。它短暫的生命不足以支撐它將外殼擴張到太陽的2000倍大,而過於劇烈的核反應也會導致它的外層被猛烈地噴射到太空中去,而不是像20倍太陽質量的恆星一般穩定的膨脹至太陽的1000倍大。

更新的觀測結果則認為大犬座VY的質量為太陽的17倍左右,最大不超過太陽的25倍。通過物質流失率可以推斷出大犬座VY的初始質量。這樣的紅特超巨星通常已經失去了主序星時一半的物質,因此大犬座VY在主序星階段是一顆15到35倍太陽質量的O型星,而不是150倍太陽質量的超重恆星

預期壽命

大犬座VY大犬座VY
大犬座VY當前的狀態很不穩定,並且將相當大量的物質噴發進入周圍的雲氣。天文學家以哈勃太空望遠鏡觀測後預測它將會在之後500-600萬年內以超超新星結束這顆星的生命

理論上超超新星會產生伽瑪射線暴,會使星系部分區域受到破壞,並毀滅附近數千光年內的生命。而且大犬座VY的質量足以形成黑洞,其質量可能在17倍太陽質量左右。

生命末期

大犬座VY爆發時噴出大量氣體。大犬座VY爆發時噴出大量氣體。

科學家發現大犬座VY是個臃腫的紅特超巨星,目前已經失去了大量的質量,每年丟失的質量相當於50個地球,自身質量接近太陽的17倍。這個宇宙中的龐然大物已經進入了生命的末期,接近其恆星壽命最後階段。在這個過程中會迅速向外膨脹,導致脫落大量的質量進入太空中,形成星雲。

歐洲南方天文台VLT望遠鏡的科學家對大犬座VY進行了跟蹤,發現其周圍布滿了丟失質量的物質,塵埃雲和氣體雲離散分布在周圍,最終大犬座VY會以一次大爆炸結束生涯。台灣中央研究院天文研究所和天體物理學專家指出,紅特超巨星的一生是短暫的,當它們接近生命的最後時期,會大量失去質量。在過去,我們已經發現超巨星的奧秘,主要為理論上的推演,對大犬座VY的研究有助於我們了解此類超大質量恆星(如Pismis24-1)的死亡過程。

大犬座VY可能在未來幾萬年內爆發,這一幕是驚人的,由於其距離我們較遠,地球不會受到干擾,生命也不會受到干擾,無需擔心。但閃光會如太陽般明亮,可以說整個銀河系都會看到它的爆發。

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