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近日，清华钱班2018级毕业生马竟泽联合德国、法国及瑞典的国际团队以第一作者和通讯作者身份在天文领域顶刊之一的The Astrophysical Journal Letters（《天体物理学杂志快报》）发表成果论文Is Betelgeuse Really Rotating? Synthetic ALMA Observations of Large-scale Convection in 3D Simulations of Red Supergiants（参宿四在自转吗？对于红超巨星三维模拟中大尺度对流结构的模拟ALMA观测）。
该工作质疑了一个25年来被天文界视为常识的观点（即参宿四在以超常速度自转），并为后续的多项观测提供了理论基础。该工作受到至少13个国家的科普新闻报道，包括《自然·天文》杂志及世界最负盛名的科普杂志《科学美国人》采访报道。审稿人评价“该工作新颖、及时且重要。其中提出的新的后处理方法是将三维模拟与观测对比过程中迈出的一大步，其主要论点也是令人信服的。（The work is novel, timely, and important. The novel post-processing method is a major step for comparing 3D Radiation-hydrodynamics simulations to observations, and the overall argument is convincing.）”
研究成果概要
参宿四是一颗位于猎户座中的超巨星，也是银河系中最明亮的星星之一。它的壮丽之处不仅在于其辉煌的光芒，还在于其自转速度之谜。
自转是星星的一种运动形式，类似于地球的自转。然而，一些科学家在观测中发现，参宿四的自转速度有点疯狂，似乎远远超出了作为一颗恒星所能承受的极限。科学家们对此感到困惑，为了解这个谜团，他们进行了一系列观察和研究。
而博士生马竟泽领导马克斯・普朗克天体物理学研究所的一个科研团队对此作出解释说，参宿四看起来转得如此之快，实际上可能是一种错觉——因为这颗恒星的表面处于一种极其夸张的“沸腾”状态。
研究人员相信，参宿四沸腾的表面使之即使在最先进的望远镜中，看起来也会像是在以不可思议的高速自转。而假如我们能够乘坐飞船靠近参宿四，可能会被眼前的景象惊呆。
参宿四对流运动模拟动画截图
右图中蓝色区域可以被判断为远离地球运动
红色部分可以被判断为面朝地球运动
（图片来源：MPA/Ma,Jing-Ze et al）
参宿四是极受关注的北天亮星。它即将走到生命的尽头，因此人们期待能够亲眼看到它爆发成为超新星。但是即使它发生了亮度的突然变化，也没有证据表明它在近期就能够为人类上演宇宙烟火秀。
参宿四的直径大约有10亿千米，比太阳大1000倍以上。它是宇宙中已知最大的恒星之一。假如把参宿四放到太阳的位置上，它会立刻吞没水星、金星、地球和火星，它的大气会直抵木星轨道。
像参宿四这样的红巨星，它们的自转速度理论上应该不会太快。这是因为红巨星会膨胀，角动量的守恒会导致它们转得越来越慢。但是近来阿塔卡马毫米/亚毫米波射电望远镜阵列获取的数据表明，参宿四的自转速度（赤道线速度）达到了每秒5千米，是喷气式战斗机飞行速度的8倍。
得出这一结论的根据，是人们在观测中发现，参宿四的一个半球看起来正朝地球方向运动，而它的另一半在远离地球而去。这种针对参宿四外层所作的所谓“双极径向速度测绘”结果表明，它的自转速度极高。
但这一解释成立的前提是假设参宿四是一个完美的球体。但实际上参宿四肯定不是。参宿四的表面存在着极为猛烈的对流运动，有许多“沸腾”着的气泡。有些气泡的直径甚至比地球的公转轨道直径还大。气泡之所以会出现，是因为参宿四大气中存在着以对流运动为表现形式的热传递机制。参宿四大气中的对流物质可以每秒30千米的速度上下翻腾。
在这项新的研究中，马竟泽领导的研究团队利用计算机模拟了参宿四的这种对流。结果显示，不同于近乎完美球体的太阳，参宿四由于体积巨大，其表面时而隆起、时而凹陷，形成不断变换形状的斑点区域，就犹如熔岩灯中激烈翻滚的气泡一般，有着比整个太阳系更庞大的等离子体团块在其表面汹涌流动。
当利用像阿塔卡马这样分辨率不足的望远镜对其进行观测时，参宿四一侧的上升气流运动极有可能被误判为朝向观测者的旋转，而下降气流则可能被视作远离观测者方向的旋转。
（图片来源：MPA/Ma,Jing-Ze et al）
研究人员在报告中写道:"我们将这些模拟效果通过一个模拟阿塔卡马等望远镜成像能力的程序进行处理运算。结果发现，高达90%的模拟恒星样本都有可能被误判为在高速自转。"
目前，将这一神秘现象归因于"表面沸腾"的说法仍然只是理论假说。但研究人员已在分析更加精细详尽的参宿四观测数据，这将有助于检验该理论的正确性。一旦获得证实，它还将解开另外数百颗红超巨恒星"高速自转"谜团的面纱。
在宇宙的穹隆中，恒星亿万，皆有其生死循环。参宿四这颗逝者的自转之谜，就犹如一段未解之谜，将人类对恒星构造及其生命机制的认知阻隔在迷雾之中。而今次新研究或将给出一种可能的答案，照亮我们通往真相的道路。
论文链接：
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad24fd
来源 ｜天文在线 天文科普
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