夜空中的星星，通常是静止不变的，现在却有一个例外。构成猎户座“肩膀”之一的红色超级巨星参宿四，不仅亮度波动，而且以一种前所未有的方式变暗，这是人类从未见过的天文现象。它曾经是天空中最亮的10颗恒星之一，现在只相当于猎户座腰带上的恒星的亮度，而且持续变暗。
图注：该图显示了超级巨星参宿四，两个独立的天文学家团队在ESO的超大型望远镜（VLT）用最先进的技术获得有史以来最清晰的超级巨星参宿四视图超。它们表明，这颗恒星有着几乎和太阳系一样大的巨大气体羽流，其表面有一个沸腾的巨大气泡没有科学理由相信，在未来大约10万年的时间里，参宿四现在比任何一天都有可能成为超新星，但我们中的许多人——包括许多专业和业余天文学家——都希望亲眼目睹自年以来我们银河系中第一颗肉眼可见的超新星。虽然它不会对我们构成危险，但它会壮观。
图注：这种对红色超级巨星表面的模拟，在几秒钟内加速显示整整一年的演化过程，显示了一个正常的红色超级巨星如何在相对平静的时期进化，其内部过程没有明显的变化。其表面的庞大性和脆弱的外层的波动性导致短而不规则的时间尺度上的巨大变异性。现在，参宿四是绝对庞大，形状不规则，表面温度不均匀。它距离我们的太阳大约光年远，比我们的太阳还要冷°C，但也大得多，大约是太阳半径的倍，它占据了我们太阳体积的倍。如果你用参宿四代替我们的太阳，它将吞没水星、金星、地球、火星、小行星带，甚至木星！
但是，在过去的几千年中，在参宿四周围聚集了大量的辐射物：物质和气体，它们的扩散范围比海王星环绕太阳的轨道还要远。随着时间的推移，随着不可避免的超新星临近，参宿星将有更多的质量减少，继续膨胀，明暗交替地闪耀，并将在其核心逐渐燃烧更重的元素。
图注：在参宿四周围形成的喷发物质星云，其规模显示在内部的红色圆圈中。这种结构，类似于从恒星发出的火焰，形成的原因是这个庞然大物正在将其物质排入太空。扩展的辐射超过了海王星绕太阳公转的轨道。即使它从碳到氖再到氧再到硅的聚变，我们也不会有任何直接可见的这些事件的特征。核心的聚变率和能量输出将发生变化，但我们对这如何影响恒星光球层和色球层（我们可以观察到的部分）的理解太差，我们无法得出具体的预测。中微子在核心产生的能量谱，我们知道它会发生变化，这与中微子的能量谱无关，因为中微子的通量太低，在几百光年之外是无法探测到的。
但在恒星演化过程中的某个关键时刻，内核的硅燃烧将完成，参宿四内部深处的辐射压力将骤降。由于这种压力是唯一能使恒星抵抗引力崩塌的东西，由铁、钴和镍等元素组成的内核现在开始内爆。
图注：该插图（左）的内部一个巨大的恒星在最后阶段，前超新星，硅燃烧。（硅燃烧是铁、镍和钴在核心形成的地方）钱德拉拍摄的仙后座图片（右）显示了今天的超新星遗迹，包括铁（蓝色）、硫（绿色）和镁（红色）等元素。预计参宿四将遵循与先前观测到的核坍缩超新星非常相似的路径。很难想象这样的规模：一个总质量约为20个太阳质量的物体，散落在木星轨道的体积上，其内核相当于（而且比）太阳的大小，突然开始迅速坍塌。引力把所有东西都拉到自己身上，但内部核聚变产生的辐射压力抵消了引力。现在，聚变（和向外的压力）突然消失了，崩塌继续肆无忌惮地进行。
最里面的原子核是铁、镍、钴和其他类似元素的密集聚集体，它们被紧紧地挤在一起，在那里融合成一个巨大的中子球。它们上面的层也会崩塌，但会反弹到核心致密的原中子星上，引发难以置信的核聚变爆发。当这些层堆积起来时，它们会反弹，产生聚变波、辐射波和压力波，这些波会从恒星中串出。
图注：在经历了核心坍塌超新星的恒星内部区域，一颗中子星开始在核心形成，而外层撞击它，并进行自己的失控聚变反应。中子、中微子、辐射和大量的能量都会产生。这些聚变反应发生在大约10秒的时间尺度上，绝大多数的能量以中微子的形式被带走，而中微子几乎不与物质相互作用。剩余的携带能量的粒子，包括中子、原子核、电子和光子，即使有大量的能量传递给它们，也必须将它们的能量级联并传播到恒星的整个外层。
因此，中微子成为第一个逃逸的信号，也是第一个到达地球的信号。随着超新星赋予这些粒子的能量——大约每量子能量10-50毫伏——中微子将以与光一样的速度运动。无论何时超新星真正发生（或发生，可能是从14世纪开始的任何时候），大约年后，中微子将最先到达地球。
图注：一个中微子事件，可以通过探测器壁上的光电倍增管上出现的切伦科夫辐射环来识别，展示了中微子天文学的成功方法和利用切伦科夫辐射的方法。这张图片展示了多个事件，是一系列实验的一部分，为我们进一步了解中微子铺平了道路。年发现的中微子标志着中微子天文学的曙光，也标志着核子衰变实验更名为中微子探测器实验。年，一颗光年外的超新星在当时运行的三个小型中微子探测器上产生了一个略高于20个中微子的信号。今天有许多不同的中微子观测站，比我们33年前处理的更大和更灵敏，而仅光年远的参宿四，由于它的近邻，它会在地球上发射大约倍的信号。
年，如果参宿四变成超新星，我们第一个确定的信号将以高能中微子的形式出现，在大约10^(-15)秒的爆发中，我们的中微子探测器遍布全世界。从字面上讲，这些天文台将同时接收到数百万甚至数千万个中微子。几个小时后，当这场大灾难产生的第一道能量波到达恒星外层时，光子的“爆发”将到达我们：一个迅速的尖峰，极大地提高了参宿四的光学亮度。
图注：年，在美国宇航局开普勒任务的视野范围内，一个遥远星系中的一颗恒星意外地自发地变成了超新星。这标志着超新星首次被发现发生在从正常恒星向超新星事件过渡的过程中，一次令人惊讶的“突围”使恒星的亮度暂时比先前的值增加了约倍。突然之间，参宿四的光度将从先前的稳定值猛增约倍。它将从夜空中最亮的恒星之一变为新月的亮度：大约比金星亮40倍。这一峰值亮度只会持续几分钟，然后再次下降到只有以前亮度的5倍左右，但随后传统的超新星上升开始。
在大约10天的时间内，参宿四的亮度会逐渐上升，最终变得像月球一样明亮。它的亮度将在大约一小时后超过所有的恒星和行星，在三天内达到半月亮度，并在大约10天之后达到最大亮度。对于全球的天文观测者来说，参宿四似乎比满月还要亮，因为参宿四的亮度不会像满月一样分散在半度以上，而是集中在一个单独的饱和点上。
图注：如果参宿四在将来变成超新星，猎户座就会出现。这颗星星的光芒将和整个月球一样明亮。作为一种II超新星，参宿四将在很长的时间内保持明亮，尽管在这些超新星的种类中有很大的变化，以准确地说明它们是如何变得明亮，以及它们在一段很长的时间内保持明亮。超新星在到达最大亮度之后，将慢慢地开始衰落，大约一个月（30天）后，变得如半月亮。
然而，在接下来的两个月里，它的亮度将趋于稳定，只有仪器和天文摄影师才能看到它变暗；典型的人眼在这段时间内将看不到亮度的变化。然而，突然之间，在爆炸后的下一个（第四个）月，亮度将急剧下降：到那时，它将回到几乎不比金星亮的状态。最后，在接下来的一两年里，它将逐渐消失，而超新星遗迹只能通过望远镜才能看得见。
图注：II型超新星在不同的子类型和单个事件之间变化，但服从相同的一般曲线，上升持续约10天，短的下降持续一个月，一个凸台持续两个月，急剧下降持续一个月，然后逐渐淡出持续一年或更长时间。在峰值明亮的时候，闪耀的像10万亿太阳一样，闪烁着光芒；几年后，它太微弱了，肉眼看不见。超新星在头三个月左右仍然如此明亮的原因，甚至不是来自爆炸本身，而是来自放射性衰变（例如钴）和超新星残余物中膨胀的气体的组合。
在最初的三个月左右，参宿四将是如此明亮，在白天和晚上将清晰可见；只有在第四个月左右后，它才会成为夜间唯一的对象。当它开始从亮度中逐渐消失，再次看起来像一颗普通的恒星时，扩展的结构应该通过望远镜持续照明几十年，几百年，甚至几千年。它将成为有记录以来最接近的超新星遗迹，并将为子孙后代留下壮观的景象（和天文研究对象），供世代共享。
图注：年发生在，光年外的爆炸中，它向外移动的物质冲击波继续与以前巨大的恒星喷射物相撞，在碰撞发生时加热和照亮材料。今天，各种各样的天文台继续拍摄超新星的残骸，但参宿四的超新星将更加接近，更容易研究，并将为我们提供一个更加壮观的视觉和科学盛宴。每当参宿四最终变成超新星——可能是今晚，下一个十年，或是10万年后——它将成为人类历史上见证最多的天文事件，几乎所有地球居民都能看到。第一个到达的信号是不可见的，而是以中微子的形式出现的，中微子是一种典型的难以捉摸的粒子，它将“淹没”我们数以百万计的地面探测器。
在那之后，几个小时后，光线将首先到达一个峰值，然后在一周多一点的时间里逐渐变亮，在接下来的几个月里，光线将分阶段减弱，然后在数年内逐渐减弱。这些由气态外层组成的残骸被照亮了数千年，它们将在未来的几代中继续取悦我们的后代。