闪烁的星星并非它们看起来的那样。它们可感知的闪烁来自我们星球上扰动星光的大气层，而不是那些遥远太阳的内在属性，后者的光芒相对稳定——至少在大多数时候是这样。
参宿四，一颗位于猎户座右肩的、备受研究的红色超巨星，近年来已将自身显露为规则的例外。大多数肉眼可见的闪烁仍然是由夜空中的因素引起的。但一些视觉变化来自恒星本身，它不断地进行表面活动，就像炉子上炖着的一锅热汤。例如，在 2019 年，它在向太空喷射出一大块物质后急剧变暗，引发了人们对其可能很快爆发成壮观的超新星的猜测。被称为“大变暗”的宇宙打嗝使参宿四受到了如此大的冲击，以至于多年后，这颗恒星的表面仍然像一台卡在高速旋转循环中的摇摇晃晃的洗衣机一样波涛汹涌、摇摆不定。事实上，过去三十年的多项研究发现，这颗恒星的自转速度比它应有的速度快得多——至少比典型的超巨星快 100 倍。现在，一个国际天体物理学家团队的一项新模拟表明，这种异常高的自转是虚幻的，是观测者被恒星超大泡沫的巨大规模所迷惑的情况。
德克萨斯大学奥斯汀分校的 J. 克雷格·惠勒说：“参宿四是否在自转以及自转速度有多快，都关系重大”，他没有参与这项新的研究。如果这颗恒星的自转速度比想象的要慢，天文学家将需要重新审视一个主要的理论，该理论认为参宿四是在不久前吞噬了一颗命运不济的类太阳恒星后加速自转的。而基于气泡的解释可以解开其他几颗似乎表现出令人费解的高自转速度的超巨星的谜团。
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巨大而模糊的气泡
参宿四的气泡究竟有多大？很难精确知道，因为恒星的大小（大约是我们太阳大小的 700 到 800 倍）和距离（离地球大约 500 到 650 光年或更远）都存在不确定性。然而，无论这些争论如何，它们无疑是巨大的，每个热等离子体气泡（更专业地称为“对流泡”）的直径都相当于地球绕太阳运行的轨道大小。有些可能会膨胀得更大，达到火星轨道的当量——大到足以吞噬我们的内太阳系。
尽管大小和距离的具体细节尚不清楚，但科学家们对他们测量的参宿四表面和周围物质的移动速度更有信心。可以通过检查恒星彩虹般的光谱的特性来辨别这些速度。例如，如果一颗恒星朝向地球的一面被显示为朝向我们的星球飞驰，而另一面则显示出相应的远离运动，这将被解释为恒星正在自转的迹象——而这正是许多观测反复发现参宿四的情况。
阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列 (ALMA) 在 2015 年拍摄的参宿四的模糊快照显示了如此独特的漩涡，这使得天文学家得出结论，这颗恒星的自转速度达到了惊人的每秒五公里。这是一个谜题，因为随着恒星在漫长的岁月中变成超巨星，通过膨胀它们的大气层到一个巨大的体积，它们预计会相应地减慢自转速度，就像一个旋转的滑冰运动员通过伸展手臂来减速一样。“对于参宿四这样一颗单星来说，完成这种自转基本上是不可能的，”惠勒说。但如果它确实是在吞噬了附近的一颗恒星后加速自转的，那么关于合并的线索就非常难以破译，他说。“不清楚你是如何做到的，”惠勒补充道。
新的模拟，详细描述在天体物理学杂志通讯上 2 月份发表的论文中，通过在三维空间中模拟参宿四五年的虚拟动态，追踪对流气泡如何使恒星表面来回晃动，找到了其替代解决方案。结果显示，成团的热等离子体气泡以接近每秒 30 公里的速度有规律地爆发和消退；当一组气泡在恒星可见盘的一侧上升，而另一组气泡在另一侧下降时，就会给人留下恒星快速旋转的印象。
该研究的主要作者、德国加兴马克斯·普朗克天体物理研究所 (MPA) 的博士候选人马靖泽说：“这就是我们认为可能欺骗我们眼睛的东西。”如果参宿四是完美的球形且不扭动，那么快速自转是有道理的，但其表面不稳定的运动会部分相互抵消，并最终导致 5 公里/秒的速度，这被误认为是恒星的自转，马和他的同事们认为。将他们模拟的恒星模糊化，使其看起来像 ALMA 看到的那样，显示出恒星的晃动与望远镜观测结果非常吻合。他和他的同事们说，即将到来的望远镜数据应该显示，由于快速移动的细胞，恒星表面与 2015 年上次仔细观察时不同。“我们非常肯定，如果再次观察，它应该看起来完全不同——如果解释是气泡，”该研究的合著者、MPA 的天体物理学家塞尔玛·德·明克说。而且，事实上，初步观察 ALMA 两年前对参宿四的观测结果（由于望远镜的重大技术升级，这是迄今为止对该恒星最清晰的观测）似乎支持了这项新研究的结果。“但还有其他方面与我们的预测不太一致，”马说。“我们仍在热切等待他们的分析。”
旧数据的新解读
然而，并非所有人都确信如此巨大的对流气泡真的可以模仿快速的恒星自转。惠勒指出，一颗恒星的混乱机制似乎不太可能持续产生“幸运的巧合”，即恒星一侧的气泡恰好在另一侧的气泡下降时上升。“这对我来说似乎很令人惊讶，它的统计数据，”他说。
该研究暗示参宿四的自转速度比之前认为的要慢，这也与“在三个不同时间使用三种不同技术进行的三个独立观测”相矛盾，天体物理学中心 | 哈佛 & 史密森尼的参宿四监测天体物理学家安德里亚·杜普雷说，她没有参与这项新的工作。在这三项工作中，杜普雷和她的同事在1996 年的一项研究中分析了哈勃太空望远镜的观测结果。他们的发现以及不同团队在2006 年的研究和 2018 年的论文中分别使用哈勃数据和 2015 年 ALMA 数据的发现，都与恒星的快速自转率相符。马和他的同事们的模拟预测，在任何给定时间，参宿四上都应该有数百个活跃的大型对流气泡，使其表面不断翻滚沸腾，但这种情况是否属实还有待实际观测验证。“我钦佩他们尝试这样做，”杜普雷说，“但我很想看看它是否真的存在。”
巴黎天文台的天文学家皮埃尔·克维拉说，这项新研究“是一个思想实验，这很好”，他领导了 2018 年对 ALMA 观测的研究。“我认为它没有完全考虑到所有论点。”至关重要的是，根据目前最好的估计，参宿四大约比我们的太阳重 10 到 20 倍——然而，出于合理的科学原因，在他们的研究中，马和他的合著者模拟了一颗仅比我们的太阳重五倍的恒星。“我会说这是一个值得怀疑的选择，”克维拉说。这篇新论文的附录包括使用质量更大的恒星进行的其他模拟运行的结果，但正是质量较低的模拟恒星的较弱引力场产生了巨大的对流气泡，这些气泡可能合理地模仿快速自转。尽管克维拉赞赏该团队公开地包含这两种模型，但他补充说，将其研究的主要结论建立在“一个与参宿四不太匹配的模型上，这……不是一种很好的呈现事物的方式。”
对于我们的计算机模型来说，在三维空间中再现参宿四翻滚的表面本质上是“一个非常棘手的问题”，我们的计算机模型是基于我们自身对称的太阳的可预测运作。“尽管计算能力在过去十年中无疑取得了进步，“天文学家提出的问题总是更难，”他说。“大自然只是做它所做的——我们有责任赶上它。”
然而，在我们赶上之前，即使是像杜普雷和克维拉这样研究参宿四数十年的天文学家，也发现很难推测这颗动荡的恒星究竟在做什么——或者接下来会做什么。
“谁知道呢？”克维拉说。“这是一颗饱受折磨的恒星。”