大犬座VY

大犬座 VY（VY Canis Majoris），是一颗位于大犬座的红特超巨星，距离地球 3820 ly，视星等为 +7.95。据推测，其质量约为 17 ± 8 M⊙，半径约有 1420 ± 120 R⊙。大犬座 VY 不仅巨大，光度也高达 2.7 × 10^5 ± 40000 L⊙，是光度很高的恒星，因极高的物质流失速率被归为红特超巨星。它和其他大部分出现在联星或多重星系统中的特超巨星不同的是，它是单一恒星。大犬座 VY 同时也是变光周期约 2200 天的半规则变星。表层平均密度约为 0.000000005 × 10^3 kg/立方米。

如果将大犬座 VY 放在太阳系中心，它的表面位置将会在木星轨道之外，逼近土星轨道；不过也有天文学家认为该恒星半径应是小得多，大约 600 R⊙，在火星轨道之外，但是争论仍然还没有结果。

大犬座 VY 是已知半径第 7 大的恒星，目前发现半径超越它的恒星有 6 颗：盾牌座 UY 、天鹅座 NML、WOH G64、维斯特卢 1-26、RSGC1-F02、HD 143183 和 RSGC1-F01。

历史背景

大犬座 VY 首次观测纪录是 1801 年 3 月 7 日法国天文学家罗姆 · 拉朗德将它以一颗视星等是 8 等恒星记录在他的星表中。之后在 19 世纪研究其光度时认为它的星等在 1850 年开始下降。

自 1847 年开始已知大犬座 VY 是一颗栗色恒星。19 世纪的观测发现大犬座 VY 有至少六个明亮的分离区域，因此认为它可能是一个多重星。今日我们知道这些明亮区域其实是大犬座 VY 周围云气的明亮部分。 1957 年的光学观测和 1998 年的高分辨率观测都确认大犬座 VY 没有伴星。

大犬座 VY 是一颗高光度的 M 型恒星，表面有效温度约 3490 ± 90 K，在赫罗图位于右上角，因此它成为特超巨星的过程被认为是相当复杂。而它原本可能是 O 型主序星，质量可能为 25 ± 10 M☉（太阳质量）。

星座表层

大犬座VY被广阔、密集的不对称红色反射星云所包围，恒星喷出到星云的总质量为0.2~0.4倍太阳质量，基于DUSTY模型的气体（由中心恒星排出的物质形成）温度为800开。星云内壳的直径为0.12角秒 ，对应到1200秒差距外相当于140天文单位（0.0022光年）。星云外壳的直径为10角秒，对应于12000天文单位（0.19光年）。这个星云非常明亮，以至于在1917年用18厘米望远镜就可以发现，包含曾经被认为是伴星的致密区。哈勃空间望远镜对其进行了广泛的研究，结果表明星云具有复杂的结构，其中包括由过去的恒星喷发引起的纤维状和弧形结构。此结构类似于后红超巨星（Post-红色 supergiant，Post-RSG）或黄特超巨星（黄色 hypergiant，YHG）IRC+10420周围的星云。这种相似性促使天文学家提出，大犬座VY将在赫罗图（Hertzsprung-Russell diagram）上向蓝演化，成为黄特超巨星，然后变为高光度蓝变星（Luminous 蓝色 variable，LBV），最后变成夏尔·沃尔夫―拉叶星（Wolf-Rayet star，WR）。 

通过将哈勃空间望远镜的数据与从位于夏威夷的凯克望远镜获得的数据相结合，可以大犬座VY周围物质进行三维重建。这种重建表明，大犬座VY的质量损失比任何红超巨星或红特超巨星所预期的要复杂得多。显然弓型和结节状结构出现于不同的时间，这表明射流朝向是随机的，源自恒星光球层活动区域发生的爆炸。光谱数据表明，射流以不同的速度离开恒星，这表明它们发生在不同的时间，并且起源于大犬座VY表面的不同区域。  推测在过去500~1000年内发生了多次不对称质量损失事件以及最散逸层物质的喷射，而恒星附近的一个结节状结构产生的时间不到100年。在恒星脆弱的外层中与磁场相关的强对流造成了质量损失。   这类似于太阳黑子和日冕物质抛射。

距离测量

恒星距离可以使用地球绕太阳公转时产生的视差量测。但是大犬座 VY 的视差过小，且误差过大而无法使用此法。

1976 年查尔斯 · 拉达（Charles J. Lada）和马克 · 里德（Mark J. Reid）在大犬座 VY 东方 15 角分处发现了一个分子云。该分子云的边缘有一个明亮的环，在环处有明显的一氧化碳谱线强度大幅下降，且 CO 谱线强度上升状况被观测到，这两个状况可能分别代表分子的破坏和环与分子云之间有加热现象。拉达和里德假设分子云和地球的距离与疏散星团 NGC 2362 和地球的距离相同，因此星团中的恒星将环中的分子电离了。 NGC 2362 和地球的距离以颜色-星等图判定是大约 4800 ly。

大犬座 VY 位于环的一角，因此它可能和分子云有关联。此外，分子云的速度非常接近大犬座 VY 的径向速度。这近一步显示大犬座 VY 和分子云以及星团 NGC 2362 相关，这意味着大犬座 VY 距离也是大约 4800 ly，最新的研究结果表明其距离仅有约 3820 ly，可以说它是距离我们最近的大质量恒星！

光谱分类

大犬座VY是一颗变星，其视星等最小亮度时约为9.6等，最大亮度时约为6.5等，估计脉动周期约为956天。  在变星星表（GCVS）中，它被归类为SRc亚型的半规则变星，这表明它是一颗冷超巨星  ，不过在美国变星观测者协会（AAVSO）的变星指数中，它被归类为LC型慢速不规则变星  。除此之外，其他的变化周期为1600  和2200  天。

大犬座VY是一颗高亮度M型恒星。然而，其氢线却具有高光度蓝变星天鹅座P的特征，光谱以TiO波段为主，其强度分类为M5。H-alpha（Hα）线还不可见，还有中性元素如钠和钙的异常发射线。根据不同的光谱特征确定的光度等级从II（亮巨星）到Ia（高超巨星）不等，折中的结果是M5eIbp。早期的分类尝试还受到了被当做伴星的星云状气体的干扰。 

得出的光谱等级根据所研究的特征而不同，光谱特征也随着时间的推移而明显变化。它被认为比M2更冷，因而更红，通常被归入M3和M5之间  。有人给出了M2.5和M5这样极端的分类。 光度等级同样也很混乱，通常只给出I，部分原因是光度等级在光谱的红色和红外部分定义得很不明确。不过，有一项研究给出的光度等级是Ia+，这意味着大犬座VY是一个特超巨星或光度极高的红超巨星。 

大犬座VY还发现有天文物理迈射在OH（1612 MHz），H2O（22235.08 MHz）和SiO（43122 MHz）处产生的发射线，这是典型的OH/IR星特征。 其他例如氢氰酸，NaCl，PN，CH，CO，CH3OH，TiO和TiO2的许多分子也被检测到。  大犬座VY有时被认为是一类质量损失严重的OH/IR超巨星的原型，与更常见的渐近巨星支OH/IR星不同。

体积

过去明尼苏达州大学教授萝勃塔 · 韩福瑞（Roberta M. Humphreys）预测大犬座 VY 星 的半径大约是 1800 ~ 2100 R⊙。如果将大犬座 VY 放在太阳系中心，它的直径超过到土星轨道（约为 10 AU）。光绕行它一周的时间要 9 ~ 10 h，而光绕行太阳一周时间仅为 14.5 s。

然而更新的观测表明大犬座 VY 周围的气体使人们高估了它的大小。它的实际大小约为 1420 ± 120 R⊙。也就是说在它体内可以塞进 3 × 10^8 颗太阳。

天文学界对大犬座 VY 的大小有很大的争议，一种观点认为，这颗星是一个巨大明亮的红特超巨星，半径至少为 1420 R⊙。而另一种观点认为，它只是一个普通的红超巨星，半径只有大约 600 R⊙，甚至有观测结果表明其半径高达 2000 R⊙。目前争议仍然没有明确结果。

注：由于尘埃导致观测结果的不确定性，最新观测数据（基于 Wittkowski   半径 和 Monnier   Radius 测量方法）得出其半径约为 2000 R⊙，如果该结论被证实，它将重回已知最大恒星宝座。

左侧几乎看不到的那个黄点就是人类世界中占绝对统治地位，纵横达 1.392 × 10^6 km 的太阳。这颗红特超巨星的半径虽然达到 1420 R⊙，但太阳的质量并不如图显得那样渺小，大致是大犬座 VY 的 1/17，也就是说我们的太阳在恒星中其实是算中等质量。如果把大犬座 VY 星放到太阳的位置上，它就会把水星，金星，地球，火星，木星全部包含在内。步步紧逼土星，将土星光环彻底摧毁，剩下的气体行星也会逐渐在强大的辐射压下被蒸发掉。

大犬座 VY 也出现了如何界定这类巨大恒星“表面”（以及半径）的问题。它的平均密度约为 0.000000005 × 10^3kg/立方米，少于地球海平面大气密度千分之一。因为恒星密度会随深度变化（进行核融合的核心密度必须极高），因此恒星表面的密度比经由恒星质量和体积计算出的密度（密度公式为 ρ = m/v，球体体积公式为 3/4πR³）甚至是地球高层大气的密度要低。这代表了在技术上确定恒星半径的两难状况。例如像蟹状星云这样的超新星遗迹就有一个极高密度的“核心”（中子星）和周围广达 11 ly 的“大气层”；而太阳的半径界定从未将日冕计算进去。这里更大的问题是太阳的日冕温度和密度都比大犬座 VY 的“表面”来得高。而至今尚未建立一个恒星喷发层是否属于恒星半径范围的分界线。

光度

2006 年萝勃塔 · 韩福瑞以大犬座 VY 的光谱能量分布距离计算它的光度。因为大多数辐射都被恒星周围云气中的尘埃阻挡，韩福瑞的积分计算中把通过整个云气的总辐射计算进去，结果是它的光度约为 5.6 × 10^5 L⊙。

除了体积以外，大犬座 VY 的光度也是争议论点。韩福瑞认为可见光测光是不够的，因为恒星周围的尘埃会使可见光波长变长而变成红外线。

大犬座VY的热光度可以通过光谱能量分布或热光度通量计算出来，后者可以通过几个可见光和红外波段的测光确定。早期基于1500秒差距的假设距离计算的光度，给出的结果为太阳的20万~56万倍  ，这相当接近或超出了经验性的亚瑟·埃丁顿极限。2006年，明尼苏达州大学教授萝勃塔·韩福瑞（Roberta M. Humphreys）整合了恒星气体包层的总通量，通过积分计算其光度为太阳的43万倍，因为来自恒星的大部分辐射都被周围云中的尘埃再处理了，使可见光波长变长而变成红外线。  最近对光度的估计是基于1200秒差距以下的距离，推断出低于太阳的35万倍。

大犬座VY的大部分辐射是以远红外线的形式辐射的，辐射峰值在5~10微米处，这部分是由星周星云对辐射的再处理造成的  ，如果认为距离为1200秒差距，许多较早的光度估计与当前的光度估计一致。尽管大犬座VY是银河系中最亮的恒星之一，但它的可见光大部分被星周包层中的气体吸收，所以肉眼无法看到它，需要用望远镜才能观测到。如果没有光线被吸收，它将是一颗肉眼可见的恒星。

质量

大犬座 VY 质量约为 17 ± 8 M⊙，在它刚诞生之时它的质量要大得多，约 25 ± 10 M⊙，是一个炽热的 O 型主序星。根据恒星演化的模型，25 M⊙ 的 O 型星的半径大约为 5 ~ 8 R⊙，也就是说目前大犬座 VY 已经膨胀到了其主序星时代的 180 倍大，并且损失了 1/3 的质量。

在新测定的半径之下，有人认为如此大的恒星是由质量 150 M⊙ 以上的超重恒星演化而成，然而事实上质量超过 60 M⊙ 的恒星不可能经历红特超巨星阶段。一个 150 M⊙ 的恒星，诞生之时拥有 55000 K 的表面温度，它经过主序星后也会产生一定幅度的膨胀，成为蓝特超巨星。但是即使膨胀到最大程度，它的半径也只是 400 ~ 500 R⊙，表面温度仍在 10000 K 以上。这样的恒星是不会经过红超巨星阶段的，它短暂的生命不足以支撑它将外壳扩张到 1420 R⊙，而过于剧烈的核反应也会导致它的散逸层被猛烈地喷射到太空中去，而不是像 20 M⊙ 的恒星一般稳定的膨胀至太阳的上千倍。

大犬座VY具有强大的恒星风，由于其极高的光度和相对较低的表面重力，它正在损失大量的物质。它的平均质量损失率约为每年0.0006太阳质量，是已知质量损失速率最高的恒星之一，即使对于红超巨星来说也是异常巨大，这一点可以通过它广阔的星周包层得到证明    。因此，它是理解大质量恒星演化末期的高质量损失事件的最重要的恒星之一。  在最剧烈的质量损失事件中，它的质量损失率可能超过每年0.001太阳质量。  更新的观测结果则认为大犬座VY的质量约为太阳的17倍，通过物质流失率可以推断出大犬座VY的初始质量。这颗红特超巨星可能已经失去了超过主序星阶段质量1/3的物质，因此大犬座VY在主序星阶段可能是一颗质量约为25倍太阳质量的O9型星。

温度

大犬座VY的有效温度不确定，由于它的光谱等级在变化，其温度也可能变化。早期对它的温度的估计是基于M5的光谱等级，假设它的温度低于3000开。2006年，它的温度被计算为高达3650±25开，对应的光谱等级为M2.5  ，尽管大犬座VY通常被认为是一颗M4M5的恒星。采用Emily Levesque提出的M4-M5的光谱等级和温度尺度，得出的温度范围在3450到3535开之间。

质量损失

更新的观测结果则认为大犬座 VY 的质量为 17 M⊙左右，最大不超过 25 M⊙。通过物质流失率可以推断出大犬座 VY 的初始质量。这样的红特超巨星通常已经失去了超过主序星质量 1/3 物质，因此大犬座 VY 在主序星阶段是一颗 15 ~ 35 M⊙ 的 O 型星，而不是 150 M⊙ 的超重恒星。

预期寿命

大犬座 VY 当前的状态很不稳定，并且将相当大量的物质喷发进入周围的云气。天文学家以哈勃空间望远镜观测后预测它将会在之后几百万年内以超超新星结束生命。

理论上超超新星会产生伽玛射线暴，会使星系部分区域受到破坏，并毁灭附近数千光年内的生命。而且大犬座 VY 的质量足以形成黑洞，其质量可能在 17 M⊙ 左右。

生命末期

科学家发现大犬座 VY 是个臃肿的红特超巨星，目前已经失去了大量的质量，每年丢失的质量相当于 50 M⊕，自身质量约为 17 M⊙。这个宇宙中的庞然大物已经进入了生命的末期，接近其恒星寿命最后阶段。在这个过程中会迅速向外膨胀，导致脱落大量的质量进入太空中，形成星云。

欧洲南方天文台 VLT 望远镜的科学家对大犬座 VY 进行了跟踪，发现其周围布满了丢失质量的物质，尘埃云和气体云离散分布在周围，最终大犬座 VY 会以一次大爆炸结束生涯。台湾研究院天文研究所和天体物理学专家指出，红特超巨星的一生是短暂的，当它们接近生命的最后时期，会大量失去质量。在过去，我们已经发现超巨星的奥秘，主要为理论上的推演，对大犬座 VY 的研究有助于我们了解此类超大质量恒星（如 Pismis 24-1）的死亡过程。

大犬座 VY 可能在未来几百万年内爆发，这一幕是惊人的，由于其距离我们较远，地球不会受到干扰，生命也不会受到干扰，无需担心。但闪光会如太阳般明亮，可以说整个银河系都会看到它的爆发。

2022年7月消息， 亚利桑那大学研究人员领导的一个小组在持续观察这颗银河系最大的恒星大犬座VY缓慢死亡的过程，并尝试追踪绘制恒星包膜图。

参考资料

天文学家正在观察银河系最大的恒星缓慢死亡的过程.环球网.2022-07-02