宇宙中那些“消失”的恒星去了哪裏?
來源:新浪科技
發布時間:2021-07-30
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  據國外媒體(ti) 報道,數千年來,天文學家一度堅信,夜空中的點點星光是固定不變的。即使在弄清楚了這些“光芒”其實都是天體(ti) 之後,天體(ti) 物理學家也一直認為(wei) ,天體(ti) 的變化速度非常緩慢,需要放在數百萬(wan) 年、乃至數十億(yi) 年的時間尺度上衡量。

  大多數巨恒星在壽命臨(lin) 近終結時,都會(hui) 經曆一係列極其暴烈的變化,最終在超新星爆發中走向生命的終點。超新星爆發在宇宙中就像一座燈塔般明亮耀眼,可能會(hui) 一連持續好幾個(ge) 月,即使相隔數億(yi) 光年,也有可能看到它們(men) 的明亮光芒。

  但會(hui) 不會(hui) 有些恒星突然之間消隱無蹤呢?就我們(men) 對恒星的了解來看,這應該不太可能。但就在過去幾年間,一組天文學家通過比較數十年來的觀測記錄,一直在研究這種“不可能事件”發生的可能性。

  “我們(men) 稱其為(wei) VASCO項目,意為(wei) ‘在一個(ge) 世紀的觀察時間內(nei) 消失及出現的天體(ti) ’,”瑞典北歐理論物理研究所的比阿特麗(li) 斯·維拉羅爾指出,“我們(men) 對各類消失的天體(ti) 都很感興(xing) 趣,但在理想情況下,我最希望能發現一顆一直很穩定、曆史十分悠久、但有一天突然消失了的恒星。哪怕用全世界最大的望遠鏡觀察,也找不到它的蹤影。”

  維拉羅爾和同事們(men) 自2017年開展這項任務以來,已經吸引了眾(zhong) 多科學家的注意力,他們(men) 都意識到了調查曆史記錄的重大意義(yi) 。“許多來自不同領域的天文學家都對我們(men) 的項目產(chan) 生了興(xing) 趣,包括研究活躍星係核的專(zhuan) 家、恒星物理學家、以及地外文明搜尋計劃科學家等等,每個(ge) 人都有充分的理由參與(yu) 其中。”

  雖然我們(men) 目前了解到的情況顯示,恒星的變化非常緩慢,倘若恒星突然消失,應當會(hui) 留下一些蛛絲(si) 馬跡,但這並不意味著所有恒星都會(hui) 永遠保持穩定的光芒。事實上,宇宙中充滿了亮度不斷變化的變星。但維拉羅爾強調,VASCO項目針對的並不是這些。“我們(men) 知道變星的存在,但它們(men) 的持續時間一般最長隻有幾年。我們(men) 想尋找的是一顆之前始終十分穩定、但突然徹底消失得無影無蹤的恒星。目前還沒有針對這種恒星的記載,假如能發現它們(men) 的存在,可能會(hui) 引領我們(men) 發現新的物理學法則。”

  宇宙星表 

  近年來,隨著自動化望遠鏡的發展,我們(men) 擴充星表的速度已經達到了空前的水平。例如,位於(yu) 加州帕洛馬山天文台的茲(zi) 威基瞬變設施(ZTF)將當前最先進的照相機與(yu) 薩繆爾·奧斯欽望遠鏡兩(liang) 相結合,使其擁有了超寬視野,僅(jin) 需三晚便可對帕洛馬上方的整個(ge) 夜空完成一次搜尋,且每晚可對銀河係平麵開展兩(liang) 次掃描。這不僅(jin) 大大增加了探測到“瞬變”的幾率(即遙遠恒星在短時間內(nei) 釋放出的大量光芒),還能幫助我們(men) 發現伽馬射線暴等劇烈的罕見事件。

  然而,在尋找普通恒星與(yu) 突然消失的恒星之間存在一點關(guan) 鍵區別。維拉羅爾強調:“像茲(zi) 威基瞬變設施這樣的項目的工作時間很短。但對於(yu) 罕見事件,比如某個(ge) 天體(ti) 每100年就莫名消失一次,你的觀察時間必須足夠長,才能捕捉到它們(men) 。因此我們(men) 在尋找突然消失的恒星時,將盡可能延長時間跨度,結合更古老的星圖進行對比分析。我們(men) 正在將70年前的數據與(yu) 當前數據進行比較,看看宇宙在這些年間是否有所變化。”

  有些諷刺的是,該團隊需要高質量的曆史數據,因此將目光投向了帕洛馬山天文台和薩繆爾·奧斯欽望遠鏡。上世紀50年代,這台望遠鏡曾為(wei) 一次巡天行動製作了感光底片,後由美國海軍(jun) 天文台掃描保存。而他們(men) 所用的現代數據則由夏威夷哈雷阿卡拉天文台的全景巡天望遠鏡和快速響應係統(Pan-STARRS)提供。

  “你可以隨意獲取這些巡天項目的結果,它們(men) 全都以數字化形式上傳(chuan) 到了網絡上。”維拉羅爾指出,“我們(men) 在烏(wu) 普薩拉大學的IT團隊開發了一個(ge) 科學網站,隻需點擊幾下便可將不同圖片整合在一起。解決(jue) 問題有多種方式,隻要能為(wei) 我們(men) 提供數據就行。關(guan) 鍵在於(yu) ,對這個(ge) 項目感興(xing) 趣的人可以到這個(ge) 網站上來,將不同的圖像進行比對。”

  若美國海軍(jun) 天文台星表中的某個(ge) 天體(ti) 在現代的Pan-STARRS數據庫中找不到與(yu) 之對應的天體(ti) ,研究人員便會(hui) 展開進一步考察和確認。他們(men) 將分析該天體(ti) 的形狀、亮度等特征,弄清這究竟是個(ge) 天體(ti) 、還是感光底片上的一處瑕疵。

  “你無法保證這不是底片上的瑕疵,”維拉羅爾指出,“但你可以做些測試,把最顯而易見的可能性排除掉。然後你可以去找找其它星圖,比如斯隆數字巡天任務(SDSS)等等,看看該天體(ti) 在其中有沒有留下什麽(me) 蛛絲(si) 馬跡。根據具體(ti) 的發現結果,你可以判定出不同類型的候選天體(ti) 。”

  該團隊還將這些候選天體(ti) 與(yu) 歐空局蓋亞(ya) 探測器收集的數據進行了對比。目前,該探測器正在忙著收集銀河係中超過10億(yi) 顆恒星的精確數據。

  候選天體(ti)  

  目前,這項調查任務已經找到了800多顆明顯“失蹤”的恒星,其中許多還需展開進一步調查。雖然目前還沒有找到維拉羅爾理想中的天體(ti) (一顆存在了很久、一直很穩定、卻突然消失了的恒星),但許多恒星本身也頗有引人注目之處。

  “我們(men) 發現了許多短期瞬變現象,可能一張照片上有,下一張又沒了。我們(men) 發現的天體(ti) 中,絕大部分都屬於(yu) 這一類。我們(men) 對這些短期瞬變現象展開研究後發現,它們(men) 似乎並不是M型紅矮星發出的耀斑,也並非超新星爆發,這兩(liang) 種可能性都可以排除掉。”

  其它可能性不大的選項還包括變星、激變變星、新星(即雙星係統中的白矮星表麵發生噴發的現象)等等。該團隊發現的這些瞬變源附近都沒有已知變星,並且新星係統中的伴星應當有微弱的亮度才對,不可能完全看不見。

  “有一種可能性是,它們(men) 也許是伽馬射線暴或快速射線暴留下的‘餘(yu) 輝’。”維拉羅爾提出。我們(men) 對這些高能爆發事件的源頭仍然所知甚少,但科學家普遍認為(wei) ,隨著這類事件輸出的能量逐漸衰減,過程中應該會(hui) 經曆一段短暫的可視期。

  “根據預測,這類射線爆發現象的亮度可達到8至10級,但在短短幾分鍾內(nei) 便會(hui) 迅速黯淡下來。我們(men) 用大型望遠鏡觀察其所在位置時,也看不到任何痕跡。當然,對於(yu) 已經篩選出的800個(ge) 候選天體(ti) ,我們(men) 還有許多工作要做。這些天體(ti) 肯定是五花八門,各種類型都有。”

  假如在這800個(ge) 候選天體(ti) 中,真的有一顆符合維拉羅爾期待的、正在消失的恒星,那麽(me) 我們(men) 對此該作何解釋呢?

  這顆恒星也許是一顆所謂的“失敗超新星”。這類恒星極為(wei) 龐大,並且其內(nei) 核由於(yu) 質量過大,會(hui) 坍縮成一個(ge) 黑洞,自內(nei) 而外地將恒星的剩餘(yu) 部分吞噬殆盡,這樣就不會(hui) 留下任何可見的殘留物了。

  不過,維拉羅爾認為(wei) 這種情況發生的可能性並不大。據她計算,這類事件在銀河係中每隔三個(ge) 世紀才會(hui) 發生一次,因此VASCO項目不大可能剛好碰上一次。

  就目前而言,我們(men) 還很難想象出還有什麽(me) 天然過程可以導致恒星消失。除非某個(ge) 候選行星擁有相關(guan) 特征、可供我們(men) 研究,否則我們(men) 也很難推測出這一過程中究竟涉及到了何種全新的物理法則。不過,這又將我們(men) 引向了另一種可能性:這些看似不可能發生的天文事件是否能證明先進外星文明的存在呢?

  隨著望遠鏡的規模和敏感度不斷提高,再加上計算能力的進步,天文學已經進入了“大數據”時代。許多地外智慧搜尋領域的科學家都指出,我們(men) 如今借助恒星等天體(ti) 的反常行為(wei) 發現外星文明的可能性比過去高了許多。

  相關(guan) 理論認為(wei) ,當文明發展到足夠先進時,便會(hui) 開始研發恒星工程,導致恒星外觀有所改變。科學家假想中的“戴森球”就是一個(ge) 很好的例子:它由一係列圍繞恒星轉動的“發電站”構成,可以最高效地利用恒星能量。

  科幻小說作家阿瑟·克拉克在他的三大定律中提出,“任何技術隻要足夠先進,都將與(yu) 魔法無異”。如果我們(men) 無法用天然原因來解釋恒星的消失,地外智慧也不失為(wei) 一種可能性。

  “從(cong) 地外智慧的角度來看,我們(men) 發現的現象有好幾種解釋方式。”維拉羅爾指出,“它們(men) 可能是戴森球或其它結構,可能會(hui) 定期開啟或關(guan) 閉,有時可能會(hui) 朝我們(men) 的方向照射一段時間,甚至有些文明可能會(hui) 徹底拋棄自己的恒星、揚長而去。”

  就連該團隊發現的紅色瞬變事件也可以用“人為(wei) 原因”來解釋。“當然,我們(men) 還是會(hui) 優(you) 先尋找天然的解釋,目前我們(men) 還沒有理由徹底排除這些可能性。但假如要用地外智慧來解釋的話,我猜激光束也可以產(chan) 生這類紅色瞬變現象。”

  雖然維拉羅爾暗示,他們(men) 已經從(cong) 數據中發現了一些令人激動的現象,正在等待正式發布,但VASCO項目仍在持續向前推進。目前發現的大多數候選天體(ti) 還需要展開進一步確認和分析,並且他們(men) 目前隻考察了四分之一的天空。隨著更多民間誌願科學家的加入、以及該團隊正在與(yu) 西班牙虛擬天文台合作研發的新型自動化技術的上線,該項目接下來的進度有望加快。

  “除了‘失敗超新星’假說外,我們(men) 還不知道有什麽(me) 原因可以導致恒星消失。”維拉羅爾表示,“消失的恒星令我們(men) 十分感興(xing) 趣,因為(wei) 我們(men) 從(cong) 未在天然情境下觀察到過這種現象。因此,‘尋找那些在我們(men) 看來不可能存在的事物’就是我們(men) 的核心原則。”(葉子)


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