神秘宇宙

天文學家首次發現北極星表面斑點

最近,利用加州蒙特威爾遜山的CHARA陣列觀測,天文學家成功觀測到北極星(即α小熊星)的表面存在大型亮斑和暗斑,這是首次直接觀測到造父變星(Cepheid variable stars)表面的細節。

北極星是一顆脈動變星,被稱為「標準燭(standard candles)」。因為這類變星的固有亮度與其脈動週期有關,故可用來測量宿主星系的距離,並推算宇宙膨脹率。

那麼,什麼是「標準燭」呢?簡單來說,當我們知道一個標準燭的真實亮度(內在亮度)時,就可以通過比較它的視亮度來推算它的距離。這就像在黑暗中看到一盞固定亮度的燈泡,燈泡看起來越暗,我們就知道它距離我們越遠。

而另外一個比較陌生的名詞:造父變星(Cepheid variable stars)就是一種常用的標準燭。這些變星的脈動週期與其真實亮度有直接關係:脈動週期越長,亮度越高。因此,天文學家可以通過測量造父變星的脈動週期來確定其亮度,進而推算出其距離。這種方法被廣泛應用於測量銀河系內外天體的距離,並在研究宇宙膨脹率中發揮了重要作用。

哈佛-史密森天體物理中心的南希·埃文斯博士及其同事,正是利用了CHARA光學干涉儀陣列觀測北極星,目的是要測繪它的伴星軌道。同時,他們還測量了北極星隨脈動而變化的大小。

北極星質量是太陽的5倍,直徑則有46倍

這張圖展示了2021年4月2日,利用E1–E2基線的可見性傳遞函數的觀測結果。橙色陰影部分標示了用來校正數據的校準星區域。為了讓北極星的可見性在圖中更加顯眼,圖中將其可見性數值放大了4倍。藍色圓圈標出的是兩個與校準星 HD 204149 的可見性數據有明顯差異的區域,這些區域顯示了北極星和校準星之間的可見性不一致。(圖/《天體物理學》)

觀測結果顯示,北極星的質量是太陽的5倍,直徑是太陽的46倍。更重要的是,CHARA影像清晰地捕捉到了北極星表面大片亮暗不均的斑點,且隨時間有所變化。

CHARA陣列主任蓋爾·沙佛博士說,這些斑點的存在以及明星自轉,可能與北極星120天的速度變化有關。研究人員將繼續觀測北極星,希望揭示導致這些表面斑點的機制。

這些發現不僅豐富了我們對脈動變星的認識,也為利用這類明星研究宇宙提供了新的線索。未來的持續觀測,有望讓我們進一步了解這顆最著名的恒星之一的真面目。

這項研究的結果已發表在《天體物理學》上。

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首圖來源:Evans et al cc By4.0

圖片來源:The Astrophysical Journal cc By4.0 

參考論文:

1.The Orbit and Dynamical Mass of Polaris: Observations with the CHARA Array The Astrophysical Journal

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