什么是变星?

什么是变星?密集的星场,包括更大更亮的恒星和延伸在图像上的对角暗色尘埃带。

什么是变星?天文学家认识数百万个,你可能会在天空的任何地方找到一个。在这张银河系中心区域图像中的恒星中,有 2 个已知的造父变星。它们因恒星的内部变化而变化。图片通过/ VVV 与 D. Minniti 合作。


许多星星不是恒定的

当你在满天星斗的天空下外出时,星星似乎是不变的、永恒的、恒常的。有时你可能会看到一个新的或超新星– 显然是“新”恒星 – 但此类事件通常只持续数周后就会消失,而且它们很少见(尤其是超新星)。除了那些瞬息万变的提醒,宇宙是躁动的,不断变化的,夜空中的星星似乎闪耀着稳定、坚定不移的光芒。但是很多星星不是恒定的。它们的亮度随时间变化。我们将一颗恒星分类为变星如果它的光,从地球上看,亮度会发生变化。变星是已知会变暗然后再次变亮的恒星。

变星并不罕见或不寻常。到 2020 年,天文学家已经确定了超过200万变星,主要在我们的银河系中。业余天文学家对变星做出有趣且有用的科学发现并不少见。你可能想加入他们!


大多数恒星的光度至少有一些变化:例如,我们自己的太阳在其 11 年的周期中,亮度会发生少量变化(约 1%)。但除非波动大到可以从地球上看到,否则这颗恒星不会被归类为变星。

变星亮度的变化对于肉眼来说通常是不明显的,即使亮度在很短的时间范围内(比如几小时)发生了变化。要观察大多数变星,您需要长时间仔细监测恒星的亮度。但是有一些恒星的亮度有的例子明显地褪色,在很短的时间内。

纤细、模糊的云团,像一团团,明亮的灯光中央有尖刺。

RS 小狗是一种变星,称为造父变数.随着变星的发展,造父变星在最亮和最不亮的状态之间有相对较长的时间。例如,RS Puppis 的亮度在 40 天内增加了 5 倍。这张哈勃图像显示了被厚厚的黑暗尘埃云笼罩的变星。图片来自美国宇航局/这个/ H. 邦德。

参宿四的戏剧性变暗

最近一个著名的例子是红超巨星星星参宿四在星座猎户座猎户座.参宿四是我们天空中最亮的星星之一。它是一颗突出的恒星,在一个引人注目的星座中。因此,在 2019 年底,参宿四突然开始变暗时,引起了全世界的强烈抗议。到 2020 年 2 月,参宿四的亮度只有以前的一半。




参宿四已接近其生命的尽头。许多人都知道——在接下来的 100,000 年内(很快,从天文学的角度来看)——参宿四可能会爆炸为超新星。变暗可能是参宿四即将爆炸的迹象吗?

参宿四没有爆炸,现在它的亮度已经回来正常。怎么突然变暗了?天文学家注意到,随着参宿四等恒星的内部过程开始发生变化,这颗恒星会抛出巨大的黑色尘埃云。天文学家认为,从地球上看,尘埃云使参宿四的光变暗。

参宿四会再次明显消退吗?有可能,但无法准确预测什么时候.

是否所有变星都会因为气体云的模糊而变亮和变暗?不,恒星改变亮度的原因不止一个。这就是为什么将变星分类是有帮助的。


圆形橙黄色斑点旁边有轻微不规则的橙黄色斑点。

参宿四是亮度发生变化但可能不规则的恒星的一个例子。这张对比图显示了参宿四前所未有的变暗前后。这些图像显示了恒星褪色的程度以及其外观形状的变化情况。现在已恢复正常亮度。图片通过/ M. Montargès,等。

内在变量,如造父变星

由于恒星内部发生的事件,内在变星的亮度会发生变化。

造父变数是这种类型中最重要的。这些星星被称为脉动变星.他们字面上的脉搏:变大,然后变小。当它们膨胀和收缩时,它们的亮度会发生变化。

Cepheid 变量以该类型的第一个已知示例命名,即星型Delta Cephei,在 1874 年发现是可变的。


直到 1908 年,天文学家亨丽埃塔·斯旺·莱维特发现了一个直接关系造父变星的亮度波动率与其亮度或绝对亮度。当您离它越远时,路灯会显得越暗。同样,假设两者具有相同的绝对亮度,更远的恒星看起来比更近的恒星更暗。这就是造父变星有用的原因。如果你看到造父变星以一定的速度变亮和变暗,你就会知道它的真实亮度。所以你可以看到它有多亮看起来从而知道它的距离。

造父变星是天文学中的强大工具。他们是建立该组织的早期垫脚石宇宙距离阶梯现在,天文学家能够估计到数百、数千、数百万和数十亿个物体的距离光年离开。

阅读有关宇宙距离阶梯的更多信息:认识著名的变星 Delta Cephei

穿着 1910 年服装的女人,头发竖起来。

Henrietta Leavitt 发现造父变星的亮度脉动与其真实亮度有关。因此,这些恒星可以用来测量整个宇宙的距离。图片通过维基共享资源.

图中从左下角到右上角的两条线标记为 I 型和 II 型造父变星。

造父变星的光度与其周期性直接相关。这使得测量它们的距离变得容易。由于年龄不同,这里显示的两种造父变星在它们的光度和周期之间的关系略有不同; II 型造父变星比 I 型更古老。图片来自澳大利亚望远镜国家设施.

灾难变数和新星

灾变变星也是内在的变星,但它们的亮度波动有不同的原因。这些并不是单颗恒星变大然后变小。它们是两颗恒星,轨道彼此靠近:a双星系统.亮度波动的恒星是白矮星,是一颗演化的致密恒星。另一颗恒星可能更普通,除了它靠近白矮星。这种接近意味着白矮星的引力使第二颗恒星的形状变形,将物质从它身上拉下来并形成一个吸积盘在白矮星周围。强排放X射线紫外线光通常会泄露这个磁盘的存在。

当吸积盘物质落到其表面时,白矮星从第二颗供体恒星中积累物质。一旦落在其表面的物质数量达到临界点,就会在恒星周围发生失控的核聚变反应。它们使恒星显着变亮,有时肉眼可以看到作为“新”恒星。事实上,一些单一的灾难性变量事件也被称为新的, 来自拉丁词的意思新的.一旦这种转换发生,聚变反应就会结束,恒星就会变暗,恢复到原来的亮度。

如果足够的质量被收集,然而,这种情况会导致巨大的热核爆炸,将白矮星炸开。他们摧毁了这颗恒星,然后它被称为Ia 型超新星。

物质从一颗红星流向附近正在爆炸的白星。

灾难变数以不规则的间隔增加亮度。存在几种类型的灾难性变量。在这里,一颗白矮星围绕着第二颗更大的恒星运行,物质从第二颗恒星流向白矮星。当白矮星表面积累了足够的物质时,聚变爆发会导致恒星彻底变亮。一旦进入的氢融合成氦,恒星就会再次变暗,直到下一个循环。图片来自 David Hardy/ PPARC/接入点.

其他类型的内在变量

除了 Delta Cepheids 之外,内在变量分类中还有大约 30 个子组。它们在恒星脉动的速度和年龄方面彼此不同,类型,金属度以及其他几个因素。

因此我们有RR天琴座变量,长时间变量和视线变量。所有这些都因恒星本身的内部变化而有所不同。

外在变量

外星变星的亮度波动是由于外部的因素。同样,有许多不同的类型,但它们分为两大类:食双星和旋转变量。

日食二进制文件是包含两颗绕轨道运行的恒星的系统。从地球上看,一颗恒星从另一颗恒星的前面经过,导致被遮蔽的恒星的亮度有规律地波动。这种类型变量的一个著名例子是高岭土.另一组食变星是大熊座 W 变星,其中双星的位置非常接近,它们在不到一天的时间内相互鞭打,两颗恒星的表面非常接近,几乎接触!

旋转变量另一方面,是变星,其亮度会因与自转相关的现象而波动。有多种旋转变量,例如表面有巨大太阳黑子的恒星,当它们旋转到地球的视野中时,会阻挡和减弱来自恒星的光。

一颗蓝色和红色的恒星在它们组合亮度的图表上方相互旋转。

食变星有规律地变亮和变暗,因为从地球上看,两颗恒星交替地相互遮蔽。这是如何高岭土,“食尸鬼之星”,亮度各不相同。它在 3,200 年的历史中被提及开罗日历可能是第一个记录在案的变星案例。图片通过杜伦大学.

2 颗蓝白色星星的图像,一颗比另一颗稍大。

艺术家对 2 颗巨大的蛋形热星的概念图角宿一系统.角宿一是近双星系统中旋转椭球变量的一个例子,在这个系统中,恒星通过它们的引力相互作用而扭曲。图片通过UA小石城.

什么是变星?

对变星的研究可以揭示很多关于恒星的性质、历史和未来的信息。有许多天文学家——包括业余爱好者和专业人士——都在研究它们。以及美国变星观测者协会(AAVSO) 作为变星观测的收集者和整理者。

变星表明你并不总是需要复杂和昂贵的技术来做有用和有价值的科学。在基本层面上,你所需要的只是你的眼睛,当然也可以用望远镜和设备来增强它们来测量恒星的亮度。但你真正需要的只是通过将一颗恒星与其他恒星的亮度进行比较来估计它的亮度的能力。如果你想成为一个变星观察者,这个技能可以通过练习获得。

想观测变星?访问 AAVSO.

规则的锯齿形图,右侧为 14 到 6 级,下方为日期。

光变曲线SS天鹅座, 到矮新星变星1896 年由 Louisa D. Wells 发现,此后一直被观察到。它的亮度每 4 到 10 周增加一次,范围从大约震级12 到 8 等(其中 8 是最亮的)。图片来自 AAVSO。

一棵变星类型的树。

一段时间后,列出所有内在和外在类型变得相当复杂!这是一张图表,列出了变星的不同分类,以将它们分开。图片通过澳大利亚望远镜国家设施.

底线:变星是亮度有规律变化的恒星。在这里,我们讨论不同种类的变星以及导致它们亮度变化的原因。