大犬座VY
位於大犬座的紅特超巨星
大犬座 VY(VY Canis Majoris),是一顆位於大犬座的紅特超巨星,距離地球 3820 ly,視星等為 +7.95。據推測,其質量約為 17 ± 8 M⊙,半徑約有 1420 ± 120 R⊙。大犬座 VY 不僅巨大,光度也高達 2.7 × 10^5 ± 40000 L⊙,是光度很高的恆星,因極高的物質流失速率被歸為紅特超巨星。它和其他大部分出現在聯星或多重星系統中的特超巨星不同的是,它是單一恆星。大犬座 VY 同時也是變光周期約 2200 天的半規則變星。表層平均密度約為 0.000000005 × 10^3 kg/m³。
如果將大犬座 VY 放在太陽系中心,它的表面位置將會在木星軌道之外,逼近土星軌道;不過也有天文學家認為該恆星半徑應是小得多,大約 600 R⊙,在火星軌道之外,但是爭論仍然還沒有結果。
大犬座 VY 是已知半徑第 7 大的恆星,目前發現半徑超越它的恆星有 6 顆:盾牌座 UY 、天鵝座 NML、WOH G64、維斯特盧 1-26、RSGC1-F02、HD 143183 和 RSGC1-F01。
恆星性質
大犬座VY和太陽比較圖,太陽在圖中看不到了
自 1847 年開始已知大犬座 VY 是一顆深紅色恆星。19 世紀的觀測發現大犬座 VY 有至少六個明亮的分離區域,因此認為它可能是一個多重星。今日我們知道這些明亮區域其實是大犬座 VY 周圍雲氣的明亮部分。 1957 年的光學觀測和 1998 年的高解析度觀測都確認大犬座 VY 沒有伴星。
大犬座 VY 是一顆高光度的 M 型恆星,表面有效溫度約 3490 ± 90 K,在赫羅圖位於右上角,因此它成為特超巨星的過程被認為是相當複雜。而它原本可能是 O 型主序星,質量可能為 25 ± 10 M☉(太陽質量)。
恆星距離可以使用地球繞太陽公轉時產生的視差量測。但是大犬座 VY 的視差過小,且誤差過大而無法使用此法。
1976 年查爾斯 · 拉達(Charles J. Lada)和馬克 · 里德(Mark J. Reid)在大犬座 VY 東方 15 角分處發現了一個分子云。該分子云的邊緣有一個明亮的環,在環處有明顯的一氧化碳譜線強度大幅下降,且 CO 譜線強度上升狀況被觀測到,這兩個狀況可能分別代表分子的破壞和環與分子云之間有加熱現象。拉達和里德假設分子云和地球的距離與疏散星團 NGC 2362 和地球的距離相同,因此星團中的恆星將環中的分子電離了。 NGC 2362 和地球的距離以顏色-星等圖判定是大約 4800 ly。
大犬座VY
大犬座VY與星系軌道
然而更新的觀測表明大犬座 VY 周圍的氣體使人們高估了它的大小。它的實際大小約為 1420 ± 120 R⊙。也就是說在它體內可以塞進 3 × 10^8 顆太陽。
天文學界對大犬座 VY 的大小有很大的爭議,一種觀點認為,這顆星是一個巨大明亮的紅特超巨星,半徑至少為 1420 R⊙。而另一種觀點認為,它只是一個普通的紅超巨星,半徑只有大約 600 R⊙,甚至有觀測結果表明其半徑高達 2000 R⊙。目前爭議仍然沒有明確結果。
註:由於塵埃導致觀測結果的不確定性,最新觀測數據(基於 Wittkowski Radius 和 Monnier Radius 測量方法)得出其半徑約為 2000 R⊙,如果該結論被證實,它將重回已知最大恆星寶座。
大犬座VY與太陽比較大小
大犬座 VY 也出現了如何界定這類巨大恆星“表面”(以及半徑)的問題。它的平均密度約為 0.000000005 × 10^3kg/m³,少於地球海平面大氣密度千分之一。因為恆星密度會隨深度變化(進行核融合的核心密度必須極高),因此恆星表面的密度比經由恆星質量和體積計算出的密度(密度公式為 ρ = m/v,球體體積公式為 3/4πR³)甚至是地球高層大氣的密度要低。這代表了在技術上確定恆星半徑的兩難狀況。例如像蟹狀星雲這樣的超新星遺跡就有一個極高密度的“核心”(中子星)和周圍廣達 11 ly 的“大氣層”;而太陽的半徑界定從未將日冕計算進去。這裡更大的問題是太陽的日冕溫度和密度都比大犬座 VY 的“表面”來得高。而至今尚未建立一個恆星噴發層是否屬於恆星半徑範圍的分界線。
2006 年蘿勃塔 · 韓福瑞以大犬座 VY 的光譜能量分佈距離計算它的光度。因為大多數輻射都被恆星周圍雲氣中的塵埃阻擋,韓福瑞的積分計算中把通過整個雲氣的總輻射計算進去,結果是它的光度約為 5.6 × 10^5 L⊙。
除了體積以外,大犬座 VY 的光度也是爭議論點。韓福瑞認為可見光測光是不夠的,因為恆星周圍的塵埃會使可見光波長變長而變成紅外線。
大犬座 VY 質量約為 17 ± 8 M⊙,在它剛誕生之時它的質量要大得多,約 25 ± 10 M⊙,是一個熾熱的 O 型主序星。根據恆星演化的模型,25 M⊙ 的 O 型星的半徑大約為 5 ~ 8 R⊙,也就是說目前大犬座 VY 已經膨脹到了其主序星時代的 180 倍大,並且損失了 1/3 的質量。
在新測定的半徑之下,有人認為如此大的恆星是由質量 150 M⊙ 以上的超重恆星演化而成,然而事實上質量超過 60 M⊙ 的恆星不可能經歷紅特超巨星階段。一個 150 M⊙ 的恆星,誕生之時擁有 55000 K 的表面溫度,它經過主序星后也會產生一定幅度的膨脹,成為藍特超巨星。但是即使膨脹到最大程度,它的半徑也只是 400 ~ 500 R⊙,表面溫度仍在 10000 K 以上。這樣的恆星是不會經過紅超巨星階段的,它短暫的生命不足以支撐它將外殼擴張到 1420 R⊙,而過於劇烈的核反應也會導致它的外層被猛烈地噴射到太空中去,而不是像 20 M⊙ 的恆星一般穩定的膨脹至太陽的上千倍。
更新的觀測結果則認為大犬座 VY 的質量為 17 M⊙左右,最大不超過 25 M⊙。通過物質流失率可以推斷出大犬座 VY 的初始質量。這樣的紅特超巨星通常已經失去了超過主序星質量 1/3 物質,因此大犬座 VY 在主序星階段是一顆 15 ~ 35 M⊙ 的 O 型星,而不是 150 M⊙ 的超重恆星。
理論上超超新星會產生伽瑪射線暴,會使星系部分區域受到破壞,並毀滅附近數千光年內的生命。而且大犬座 VY 的質量足以形成黑洞,其質量可能在 17 M⊙ 左右。
大犬座VY
歐洲南方天文台 VLT 望遠鏡的科學家對大犬座 VY 進行了跟蹤,發現其周圍布滿了丟失質量的物質,塵埃雲和氣體雲離散分佈在周圍,最終大犬座 VY 會以一次大爆炸結束生涯。台灣中央研究院天文研究所和天體物理學專家指出,紅特超巨星的一生是短暫的,當它們接近生命的最後時期,會大量失去質量。在過去,我們已經發現超巨星的奧秘,主要為理論上的推演,對大犬座 VY 的研究有助於我們了解此類超大質量恆星(如 Pismis 24-1)的死亡過程。
大犬座 VY 可能在未來幾百萬年內爆發,這一幕是驚人的,由於其距離我們較遠,地球不會受到干擾,生命也不會受到干擾,無需擔心。但閃光會如太陽般明亮,可以說整個銀河系都會看到它的爆發。