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银河系里那些红超巨星,到底藏着多少颗?

说起来你可能不信,我第一次认真琢磨红超巨星这件事,是在一个夏天的晚上,当时我正躺在楼顶看星星,突然想到一个问题:那些最亮最红的星星,在银河系里到底有多少?脑子里冒出来的第一反应是——应该挺多的吧,毕竟银河系这么大,但后来查了点资料,发现自己完全想错了。

银河系里那些红超巨星,到底藏着多少颗?

先别急着要数字,我们得把这事儿像剥洋葱一样,一层一层来,不然直接扔个数字出来,估计你也是一头雾水,就像当初的我一样。

先搞清楚,红超巨星是个什么存在

用最直白的话说,红超巨星就是那种块头大到离谱、表面温度反而偏低、颜色偏红的恒星,注意了,这里有个反直觉的地方——我们平时总觉得越热的东西越红?在恒星世界里不是这样的,蓝色恒星表面温度能到好几万度,红色反而"只有"三四千度,但它们的个头实在太大了,大到如果放在太阳的位置,能直接吞没木星轨道。

这些家伙是恒星晚年的一个阶段,一颗质量至少是太阳8到10倍以上的恒星,在核心的氢烧完之后,会经历一系列复杂的变化,外面的大气层疯狂膨胀,半径能扩张到太阳的几百倍甚至上千倍,表面温度降下来,颜色就变红了,参宿四就是最出名的例子,猎户座右肩那颗微微泛红的一等星,它就是一颗标准的红超巨星。

说到这儿你可能会想,这么大个的星星,应该很好找吧?理论上是的,但问题来了。

银河系太大,挡住我们视线的东西太多

想象一下你在一个超级大的雾霾天里,站在城市的这头数那头有多少盏红色路灯,你能看到的只是最亮、离你最近的那几盏,大部分都被雾霾和楼房挡住了,银河系里的情况比这还糟糕,因为我们处在银盘里面,银河系中心方向有大量的星际尘埃,可见光根本穿不透,我们现在能观测到的红超巨星,绝大多数都局限在太阳周围几千秒差距的范围内——天文学家用"秒差距"这个单位,一秒差距大约是3.26光年。

这就导致了一个很尴尬的局面:我们知道银河系里一定有很多红超巨星,但真的很难数清楚,不过天文学家们也不是吃素的,他们想了不少办法。

银河系里那些红超巨星,到底藏着多少颗?

到底有多少颗?

好,现在可以聊聊具体数字了,先给你一个最常被引用的估算范围:银河系里大概有2000到5000颗红超巨星,注意,这不是精确计数,而是基于恒星演化模型、初始质量函数以及对已知样本的统计外推出来的结果,不同研究团队给出的数字会有差异,但数量级基本就是这个量级。

听到这个数字,你是不是觉得有点少?我第一次看到这个数字的时候也觉得,银河系不是有几千亿颗恒星吗,怎么红超巨星才这么点?原因其实不复杂。

红超巨星这个阶段,在恒星的一生中极其短暂,一颗大质量恒星可能总共活个几千万年,而作为红超巨星的时间,可能只有几十万年到一百万年,天文尺度上,这简直就是打个响指就过去了,绝大多数的恒星是红矮星,质量小、寿命长得吓人,根本不会变成红超巨星,而能变成红超巨星的大质量恒星,本身就稀有。

拿数据说话更直观些,有研究团队基于盖亚卫星的数据和一些大型巡天项目,对太阳周围一定范围内的红超巨星做了比较完整的普查,下面这个表展示了不同方向上的发现情况,能让你感受一下目前的观测水平。

观测项目/方法 覆盖范围 已确认的红超巨星数量
盖亚+地面光谱巡天 太阳周围约3千秒差距 约500-600颗
银河系中心方向红外巡天 核球及内盘区域 候选体数百颗,确认难度大
理论模型外推(全银河系) 整个银盘 2000-5000颗(估算)

你看,光是我们周边确认的就有五六百颗,但这只是冰山一角,往银河系中心那边看,遮挡太严重了,很多红超巨星只能在红外波段被探测到,还没办法一个一个全都确认下来。

参宿四和它的"同类"们

聊点具体的,除了参宿四,银河系里还有不少出名的红超巨星,天蝎座的心宿二是一颗,它旁边那颗蓝白色的伴星刚好能衬托出它有多红,还有仙王座μ星,石榴石星,赫歇尔当年形容它"像一滴血",颜色红得惊人,麒麟座V838在2002年突然爆发增亮,一度成为银河系里最亮的恒星之一,后来发现它可能是一对恒星并合之后的产物,现在正处在某种类似红超巨星的状态。

这些年最让人兴奋的发现之一,是参宿四在2019到2020年间那次著名的"大变暗",亮度突然掉到了一个多世纪以来的最低点,很多人激动地以为它要超新星爆发了,虽然后来搞清楚了,很可能是它喷出了一大团尘埃挡住了光线,但那段时间,全世界的天文学家都在盯着它看,各种望远镜轮番上阵,那感觉就像守在产房外面等消息,结果医生出来说,还早着呢,再等个几万年吧。

为什么这个数字一直在变

你如果现在去搜资料,可能会发现不同来源给出的数字不太一样,有的说几百,有的说几千,甚至有人说上万,这种不一致其实很正常,原因有几个,第一,红超巨星的定义本身有一些模糊地带,有些恒星正好处在红超巨星和更早期的黄超巨星之间,分类本身就很难,第二,统计方法不一样,有些人只算那些已经完全确认的,有些人把候选体也算上了,第三,随着观测设备越来越厉害,特别是红外巡天数据的积累,我们还在不断发现新的红超巨星,纠正之前的遗漏。

打个不太严谨的比方,这就像问"北京城里有多少辆红色SUV",你可以只算那些在路边停车场看到的,也可以根据车辆登记数据去推算,还可以估计一个街区的密度然后乘以全城街区数量,数字肯定对不上,但数量级能给你一个概念,对于银河系的红超巨星来说,几千颗这个量级,就是目前天文学界比较有共识的答案。

话说回来,这几千颗红超巨星,每一颗最终都会走向超新星爆发,也就是说,在接下来的几百万年里,银河系会陆陆续续上演几千场壮丽的告别烟火,有些离我们近的,像参宿四,爆发的时候亮度可能达到满月的程度,在白天都能看到,想想还挺让人期待的,虽然我们大概率赶不上。

写到这儿,我又想起楼顶那个晚上,当时要是有人告诉我,那些看起来密密麻麻的星星里,其实只有几千颗是红超巨星,我可能会觉得夜空突然变得珍贵了不少,那些红色的光点,每一个都在膨胀,每一个都在走向终结,而我们刚好在这个时间点上抬头看见了它们。

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