獅子座c(恒星)
·描述：一顆脈動變星
·身份：位於獅子座的紅巨星，距離地球約300光年
·關鍵事實：是芻蒿增二型變星的原型，其光變周期約9個月，亮度變化可達數百倍。
獅子座c恒星）：脈動變星中的“芻蒿增二型原型”與紅巨星的宇宙呼吸上篇）
引言：紅巨星脈動中的宇宙節律
在獅子座eo）的星圖中，一顆看似普通的紅巨星正以約9個月的周期，上演著宇宙中最壯觀的“呼吸”——它的亮度從肉眼不可見的10等，攀升至肉眼可見的4等，變化幅度超過600倍；它的半徑在膨脹與收縮間反複切換，如同心臟搏動般牽動著周圍星際介質的漣漪。這顆名為獅子座cceonis）的恒星，不僅是距離地球最近的芻蒿增二型變星iravariabe）之一，更因其作為該類型變星“原型”的特殊地位，成為研究恒星晚期演化與脈動機製的“活體實驗室”。
獅子座c的故事，始於300多年前天文學家對“遊移星光”的好奇，發展於20世紀恒星演化理論的突破，如今在詹姆斯·韋布空間望遠鏡jst）的紅外視野中續寫新篇。它那長達314天的光變周期約10.3個月，接近9個月的描述）、數百倍的亮度震蕩，以及紅巨星外殼的周期性脈動，共同構成了一部關於恒星死亡的“慢鏡頭紀錄片”。當我們凝視這顆距離地球僅300光年的恒星時，看到的不僅是光與熱的漲落，更是宇宙物質循環中最富詩意的章節——一顆恒星如何在生命儘頭，用脈動書寫最後的輝煌。
一、發現史：從“遊移星”到“芻蒿增二型原型”的認知之路
獅子座c的觀測曆史，是一部跨越三個世紀的“變星認知進化史”，見證了人類從肉眼猜想到精密測量的天文學飛躍。
早在18世紀，天文學家已開始係統記錄恒星的亮度變化。1736年，法國天文學家讓·菲利浦·德·舍索jeanpippedecheseaux）在觀測獅子座時，注意到一顆“亮度時隱時現”的恒星，但未將其列為變星——當時的天文學界普遍認為“恒星亮度恒定”，變星被視為觀測誤差或大氣擾動的結果。直到1811年，德國天文學家約翰·弗裡德裡希·尤利烏斯·施密特joiusschidt）在雅典天文台使用口徑13厘米的折射望遠鏡，連續數月跟蹤這顆星，才確認其亮度存在周期性變化：最亮時達4.8等接近獅子座δ星的亮度），最暗時降至8.4等需雙筒望遠鏡觀測），周期約310天。施密特的記錄首次將獅子座c從“遊移星”中分離，標記為“獅子座新變星”。
19世紀末，隨著攝影術與光譜學的應用，獅子座c的研究進入新階段。1896年，美國哈佛大學天文台通過照相底片比對，發現其光譜中存在強烈的氫、鈣發射線，且譜線寬度隨亮度變化——亮度最大時譜線最窄恒星半徑最小、表麵重力最強），亮度最小時譜線最寬半徑最大、表麵重力最弱）。這一現象揭示了恒星的“脈動本質”：亮度變化源於半徑的周期性伸縮，而非大氣遮蔽或新星爆發。1902年，俄國天文學家阿列克謝·帕夫洛維奇·甘斯基aexeipavovices），取自首個被確認的該類變星——鯨魚座o芻蒿增二，ira），而獅子座c因周期穩定、變化顯著，被列為“典型樣本”。
20世紀的空間時代，為獅子座c的研究帶來革命性突破。1989年依巴穀衛星hippars）的視差測量，首次精確測定其距離為307±15光年對應三角視差0.00327±0.00016角秒），誤差較地麵觀測縮小一個量級；2009年蓋亞衛星gaia）dr2數據進一步修正為302±5光年，確認其位於獅子座“鐮刀”柄端附近赤經09h3247.4s，赤緯+07°58′11″）。光譜分析顯示，其表麵溫度約3500k比太陽低2200k），質量約1.5倍太陽質量，半徑在300400倍太陽半徑間變化相當於從水星軌道延伸到火星軌道之外）——這些數據使其成為研究紅巨星脈動的標準模板。
二、物理本質：紅巨星晚期的“脈動引擎”
獅子座c作為芻蒿增二型變星，其本質是演化至漸近巨星分支agb）的紅巨星。要理解它的脈動機製，需先剖析紅巨星的結構與演化階段。
1）agb階段的恒星結構：三層“洋蔥殼”模型
當恒星質量在0.88倍太陽質量時，核心氫燃料耗儘後會經曆紅巨星階段，其中agb階段是演化的“最後狂歡”。此時，恒星核心由碳氧混合物構成無法再進行核聚變），外包三層“洋蔥殼”：最內層是氦聚變殼將氦聚變為碳氧），中間是氫聚變殼將氫聚變為氦），最外層是未聚變的氫包層。這三層結構在引力與輻射壓的平衡中搖搖欲墜——氫聚變殼產生的能量，一部分用於維持恒星光度，另一部分則加熱外層包層，使其膨脹；當包層膨脹過度，輻射壓減弱，引力又將包層壓縮，形成周期性振蕩。
這章沒有結束，請點擊下一頁繼續閱讀！
獅子座c的agb結構正是這一模型的典型體現。其核心質量約0.7倍太陽質量，氦聚變殼溫度達1億k，氫聚變殼溫度約5000萬k；外層包層富含碳、氧重元素豐度是太陽的2倍），因對流作用將內部元素帶到表麵，形成“碳星”特征光譜中碳吸收線強於氧）。這種結構決定了它的脈動特性：氫聚變殼的能量輸出不穩定，導致包層壓力變化，進而引發半徑與亮度的周期性震蕩。
2）脈動機製：k機製與“恒星心跳”
芻蒿增二型變星的脈動，核心是k機製不透明度機製）。當恒星包層膨脹時，溫度下降，某些元素如氫、氦）的不透明度阻礙輻射穿透的能力）隨溫度降低而增加——這如同給恒星“裹上一層保溫毯”，導致輻射壓升高，推動包層進一步膨脹；當包層膨脹至最大半徑時，溫度降至最低，不透明度驟降，輻射壓釋放，包層在引力作用下收縮；收縮過程中溫度升高，不透明度再次增加，開啟下一輪膨脹。這種“膨脹收縮再膨脹”的循環，形成穩定的脈動周期。
獅子座c的脈動周期314天）與k機製的效率直接相關。其包層中氫的不透明度對溫度變化敏感，當溫度在35004000k間波動時，不透明度的變化足以驅動半徑在300400倍太陽半徑間切換。觀測顯示，其半徑變化率約0.1倍太陽半徑天，相當於每天“呼吸”約70萬公裡——這一速度雖不及太陽耀斑，卻足以讓整個恒星的體積在半年內膨脹一倍，收縮時又縮回原狀。
3）亮度變化的物理本質：半徑、溫度與視麵積的協同效應
獅子座c的亮度變化星等4.88.4等，亮度差約630倍），是半徑變化、表麵溫度變化與視麵積變化共同作用的結果。根據斯特藩玻爾茲曼定律光度=4πr2σt?），恒星光度與半徑平方、溫度四次方成正比。獅子座c的光變曲線顯示：
亮度上升期0157天）：半徑從300倍太陽半徑膨脹至400倍，表麵溫度從3600k降至3400k。此時半徑增大的效應平方增長）超過溫度降低的效應四次方衰減），光度逐漸增加，亮度從8.4等升至4.8等；
亮度下降期157314天）：半徑從400倍收縮至300倍，表麵溫度從3400k升至3600k。半徑收縮的效應平方衰減）弱於溫度升高的效應四次方增長），光度逐漸降低，亮度從4.8等回落至8.4等。
這種“非對稱”的光變曲線上升期略長於下降期），源於包層中對流運動的時間延遲——膨脹時外層物質慣性較大，收縮時慣性較小，導致周期內的能量釋放不均。
三、芻蒿增二型變星家族：獅子座c的“同類們”
獅子座c並非孤立存在，它是芻蒿增二型變星家族的“原型成員”之一。這類變星占銀河係恒星總數的約0.1，卻因顯著的亮度變化與長周期，成為研究恒星晚期演化的關鍵樣本。
1）家族特征：長周期、高振幅與碳星屬性
芻蒿增二型變星的共同特征包括：
光變周期：801000天獅子座c的314天屬於中等周期）；
亮度振幅：2.510等獅子座c的3.6等振幅，對應630倍亮度差，屬中等振幅）；型紅巨星）或s型碳星），表麵溫度25004000k；
重元素豐度：碳豐度高於氧co＞1），因agb階段氦聚變產生碳，對流將其帶到表麵。
獅子座c的碳豐度co≈1.2）略高於典型芻蒿增二型變星co≈1.1），這與其1.5倍太陽質量的前身星有關——質量較大的恒星在agb階段能產生更多碳，使co比值更高。
2）家族成員對比：從鯨魚座o到麒麟座vy
芻蒿增二型變星家族中，最著名的是鯨魚座o芻蒿增二），它是首個被確認的成員1596年由davidfabricius發現），周期331天，亮度振幅6.5等亮度差約1000倍），距離地球420光年。與獅子座c相比，芻蒿增二的質量更大約2倍太陽質量），半徑變化範圍更廣200500倍太陽半徑），碳豐度更高co≈1.3），是“碳星”的典型代表。ajoris）則是“超級芻蒿增二型變星”，質量約17倍太陽質量接近大質量恒星下限），半徑達1420倍太陽半徑可容納土星軌道），周期約2000天5.5年），亮度振幅達10等亮度差超1萬倍）。儘管質量更大，麒麟座vy的演化階段與獅子座c類似——核心碳氧堆積，外包層脈動，最終將拋射物質形成行星狀星雲。
這章沒有結束，請點擊下一頁繼續閱讀！
獅子座c在家族中的特殊性，在於其“近鄰優勢”：300光年的距離使其成為少數可被地麵望遠鏡直接拍攝表麵結構的芻蒿增二型變星。哈勃空間望遠鏡的觀測顯示，其表麵存在巨大的對流斑直徑約10倍太陽半徑），溫度差異達500k——這些斑點是脈動能量傳輸的“中轉站”，如同恒星表麵的“熱泉”，驅動著物質的上下翻湧。
四、觀測研究：多波段視角下的“脈動解剖”
對獅子座c的觀測，已從單一光學波段擴展到紅外、射電、x射線全波段，每一波段都揭示了脈動機製的不同側麵。
1）光學與紅外觀測：光變曲線與塵埃包層
光學觀測如美國變星觀測者協會aavso的數據）提供了獅子座c的光變曲線細節：其亮度變化並非嚴格正弦波，而是存在“階梯狀”起伏——這源於包層中塵埃雲的周期性形成與消散。agb紅巨星會拋射大量物質質量損失率約10??倍太陽質量年），這些物質在恒星周圍形成塵埃包層主要成分為碳顆粒，直徑0.1微米）。當恒星膨脹時，塵埃包層被稀釋，亮度上升；當恒星收縮時，塵埃包層密度增加，吸收更多可見光，導致亮度下降幅度增大。
紅外觀測如斯皮策空間望遠鏡）則穿透塵埃，揭示包層內部結構。獅子座c的紅外光譜3100微米）顯示，塵埃包層直徑約0.5光年，溫度從內向外遞減內層100k，外層30k）。jst的iri儀器中紅外成像）更發現包層中存在“弧形結構”——這是恒星風與星際介質碰撞形成的激波，證明獅子座c正以20公裡秒的速度拋射物質，與周圍氣體相互作用。
2）射電觀測：脈澤輻射與磁場線索a陣列）的觀測，發現了獅子座c周圍的羥基oh）脈澤與水脈澤微波激光）。這些脈澤源位於塵埃包層內側距離恒星約10倍恒星半徑），由分子在強輻射場下受激輻射產生。通過脈澤譜線的多普勒頻移，天文學家測得包層物質的膨脹速度20公裡秒）與湍流速度5公裡秒），證實了脈動驅動的星風存在。
此外，射電偏振觀測顯示，獅子座c周圍存在弱磁場約1毫高斯，地球磁場的十萬分之一）。這一磁場可能源於恒星核心的發電機效應agb階段核心仍有緩慢對流），並通過阿爾文波磁流體力學波）影響包層的脈動節奏——磁場如同“節拍器”，微調著314天的周期。
3）x射線觀測：白矮星伴星的可能性
錢德拉x射線天文台曾對獅子座c進行觀測，發現一個微弱的x射線源流量約10?1?erg2s），位置與恒星中心重合。這一x射線可能來自兩種情況：一是agb恒星大氣中的“準直星風”碰撞，產生高溫等離子體10?k）；二是獅子座c實為密近雙星係統，伴星為白矮星，x射線來自伴星吸積恒星拋射物質形成的吸積盤。
若為後者，獅子座c的脈動周期可能受伴星引力擾動影響——白矮星的周期性引力牽引，可能調製包層的膨脹收縮節奏。目前，哈勃的紫外光譜未發現伴星特征，但gaia的自行數據暗示其運動存在微小加速度，支持雙星假說。這一未解之謎，成為未來研究的方向。
五、演化歸宿：從脈動紅巨星到行星狀星雲
獅子座c的脈動並非永恒，它正走向生命的終點——約10萬年後，它將拋射全部外包層，形成行星狀星雲，核心坍縮為白矮星。
1）質量損失與包層拋射
agb階段的質量損失是恒星死亡的“序曲”。獅子座c每年拋射約10??倍太陽質量的物質相當於地球質量的3倍），這些物質在星際介質中擴散，形成以它為中心的“物質噴泉”。光譜分析顯示，拋射物質中含大量碳占重元素的40）、氧30）和矽10），這些元素將成為新一代恒星與行星的原料——我們太陽係中的碳、氧，可能就來自類似獅子座c的祖先恒星。
2）行星狀星雲的形成