什么鬼我们已知的最怪异恒星的故事

原创翻译:龙腾网 翻译:bonjour 

《毁灭战士:永恒》将于2020年3月20日发售,登陆PS4/Xbox One/PC,之后登陆Switch,敬请期待。

在2014年,宾州州立大学的天文学家JohnWright被一个可能是先进文明建造的吸收能量的巨大结构吸引住了。他建议在塔比星附近寻找戴森球。这也是为什么这颗星被叫做“外星巨构”星。

在1960年发表的一篇论文中,物理学家FreemanDyson描述了一种巨型构筑物,在之后被称为戴森球。这是一种将恒星包在里面的巨大结构,其内部布满了太阳能板和其他设备。恒星产生的所有能量都会被这个球吸收。在不同建设阶段,这个结构可能会看起来像一个带有居住区和能源站的圆环,然后演变成一个由多个环组成的“泡泡”,最后变成一个球。

原始行星盘会围绕恒星旋转上百万年,最终产生稳定的行星系。在这段时间,原始行星盘会对恒星亮度产生不规则干扰(在远距离观察者眼中)。

这些记录数据有几百TB之多,所以天文学家使用精确设定好的电脑程序来筛选这些信息,以寻找系外行星的踪迹。这些程序非常有效率,比以往任何天文学家团队处理信息的速度都要快得多。但是它们也并不完美。有时候,这些程序会忽略掉它们没有被规定寻找的东西。这时就需要公民科学了。

排名最靠前——也不出乎大家意料——的解释是存在一个原始行星盘。恒星系的产生源于一片巨大气体云因其本身质量而坍缩并开始自转。这时,所有物质组成了一个圆盘,加速旋转。在圆盘中心部分密度最大,恒星也会最终在这里产生,而小质量物质——气体和一些岩石——会被甩到外侧。这就是原始行星盘。这是行星的出生之地。一团团的物质到处碰撞,形成更大的团块,像滚雪球一样变成微行星。气体被抛出星盘,形成绚丽且深不见底的巨大气体云。

跟原始行星盘和变星说法一样,这个解释也存在一个漏洞。一个吸收F型恒星能量的戴森球应该会发生温度上升的情况。但在数据中找不到相应的热特征。

在2013年2月和4月,KIC8462852再次苏醒。这次的一系列亮度干扰完全无规律可循。之前的亮度干扰仅仅是一些随机时间间隔的亮度减弱,新的数据显示它的亮度的强度和持续时间都在变化。干扰模式也非常复杂。天文学家在大的干扰中观测到了小的干扰,在小干扰里甚至还有更小的干扰。其碎片化的亮度变迁在一些天内不断重复,同时还伴有不规则的亮度恢复,让亮度干扰变得极其复杂。在某一时刻,该恒星亮度令人震惊地减少了22%。

Sandhya Ramesh是一名关注天文学和地球科学的科普作者。

这就是在2009年早些时候他们注意到的第一次亮度干扰。在几个星期之后,KIC8462852的亮度减弱持续了几乎整整一周。Boyajian和Fischer花了几天时间研究数据浏览数字,但仍不能解释KIC8462852的表现。仪器工作正常,计算机工作正常,数据清楚。亮度减弱的确存在——但无法解释。不仅亮度减弱的超长周期显得非常奇怪,亮度减弱的方式也非常奇怪。

KIC8462852在2011年3月发生的亮度急剧降低(开普勒望远镜观测第792天)。

西班牙人建立了有环行星和木马模型。“我们旨在提供一种相对自然的解释,只援用之前观测到的现象,尽管可能以一种更大的形式出现,”他们在一篇发表于2017年6月的预印本论文中写道。

在今天,寻找太阳系以外的行星是天文学中的一个活跃领域。第一颗系外行星于1992年被发现。仅仅25年后,已经有超过3500颗系外行星被确认。其中,NASA的开普勒太空望远镜独自发现了超过2000颗。开普勒太空望远镜的工作方式是对宇宙某一部分持续观察几周、几个月甚至几年。当有行星掠过这些恒星表面时,对恒星亮度会产生微小但明确的干扰。这些干扰会被记录下来,用来计算行星的尺寸。越大的行星遮挡的光越多。

Boyajian及其团队的论文总结出了可能最容易被接受的说法:一大队彗星经过恒星表面。但这也不太可能:如果要引起天文学家观察到的塔比星级别的亮度干扰,这队大彗星必须得像蝗虫群一样密集。如果这样的彗星群存在,那它们必须得是一颗100公里直径的岩石一次性爆裂形成的。彗星在红外照片中也不会发光,因为热量会被其中的冰块吸收并挥发到宇宙中。就像听起来那么奇怪,这个说法是最不会被马上驳倒的。

Wright正在写一篇关于用开普勒望远镜寻找外星能量输送巨构的论文。他推断道,这个望远镜足够强大到能分辨类似巨型太阳能板、环世界、为寻找其他外星文明建造的大型空间天线等人造结构和系外行星。他在2013年发表了一篇关于此理论的博文。当他正在把这篇博文修改成期刊文章时,Boyajian访问了宾州州立大学并发表演讲,她跟Wright分享了当时尚未发表的亮度干扰数据。

下一个说法:或许这颗恒星的尺寸和亮度会自行增加和减少?目前我们知道的确有一些恒星是这样的。天文学家称这些恒星为变星。在可观测宇宙中发现的最大恒星UY Scuti就是这样的星星。它们通常会在原始行星盘中大量物质被吸入年轻恒星导致亮度和体积突然激增时被发现。但这个说法也被同样的矛攻破了:这颗恒星并不年轻,周围没有原始行星盘。

本文由游民星空制作发布,未经允许禁止转载。

鉴于此,Boyajian和她的团队在2015年提出了一系列假说来解释神秘干扰的成因。

在2015年10月,Boyajian和她的团队一起发表了一篇论文,标题是《光通量都去哪了》(Where’sThe Flux)。这篇论文引起了媒体的疯狂追捧,并让这颗恒星成为天文学界的焦点。从那以后,KIC8462852被称为塔比星、Boyajian星或者——非常形象——什么鬼星(WTF star)。

“木马”是一些跟行星处于同一轨道上围绕恒星旋转的岩石体,但意义并不同。对于每颗行星来说,其卫星轨道有两个区域(前区和后区)可以供卫星停留。在这两个区域的一些地方,恒星和行星的引力互相抵消,造成在此处的卫星几乎不沿着卫星轨道运行,反而是随着卫星轨道运行。总之,这种物体——“木马”——在恒星或行星上观测到的相对位置总是不变的。

对恒星亮度造成干扰的物体通常会因其物理属性产生具体的特征。这种数据通常可以在恒星本身发出的光亮中找到。如果是一团云或烟尘挡住了恒星,大部分蓝光会被阻挡。如果遮挡物更加密实且数量众多,所有波长的光都会被阻挡。密实物体也会被加热,在红外数据中非常明显。另一种加热——姑且这么讲——可以显示该物体的构成。一些元素会吸收相应频率的星光,因此在数据中会显示该波段光线缺失。这种条码可以用来测定元素群。

另外,灰尘会吸收热量。当它稍微有点热,比如说,跟人类体温一样时,红外望远镜会捕捉到它的光芒。但是NASA的斯皮策望远镜没有此类发现。另外一种解释——即两颗行星碰撞导致它们的轨道上布满碎片,或者一颗行星在星际大战中被击碎——也被排除了。事实上,在塔比星的轨道上似乎并不存在碎片。

同时,媒体因Wright及其团队在2015年12月发表的一篇论文兴奋得歇斯底里。这篇论文是关于巨型结构可能的样式,并引用塔比星作为例子。

行星以固定周期围绕恒星旋转,它们引起的亮度干扰之间的时间间隔非常精确。但是围绕着KIC8462852旋转的物体引起的亮度干扰却无法预测,非常随机。

他们仍然没有得到任何观测证据。

在Wright给出了他的建议的时候,他的同辈们在发展另一个理论——感谢上天,这个理论更自然。瓦伦西亚大学和坎塔布里亚大学——两所西班牙大学——的天文学家们问道:塔比星的亮度干扰是否可能是一个巨型行星及其被称为“木马”的伙伴引起的?

但这个理论存在一个巨大的漏洞:原始行星盘,之所以被“原始”修饰,就是因为它只存在于新生恒星周围。塔比星不是新生恒星。

学生、家庭主妇、艺术家、老爷爷老奶奶都能够以不计其数的方式对公民科学项目做出贡献。有的计划是帮助识别由隐蔽相机拍下来的动物。有些项目是让你我通过查看火星表面的照片来确认风型,有些是扫描手稿制作电子版文档,甚至还有建立野生动物数据的项目。人类大脑非常善于识别图案——以至于有时候我们甚至能看到本不存在的图案。

行星猎手就是这样一个公民科学项目,旨在帮助科学家识别被电脑遗漏的恒星亮度干扰。截止到2017年8月,已有超过30万公民科学工作者参与其中,每天都在梳理着开普勒太空望远镜传回的数据。

然而,这些说法中没有一个——像它们试图从自然角度解释的说服力一样——比Boyajian和宾夕法尼亚州立大学的一名天文学家在一次谈话中提及的一个词那样引起公众注意。

当我们寻找地外文明时,我们要注意的一个证据就是他们存在的综合征兆。我们寻找他们可能建造的物体,或者他们的机器可能发射出的信号。我们假设,如果有外星人存在,他们会比我们存在得更久,并且有更复杂的生活方式。我们设想他们可能耗尽了母星上的所有燃料并开始到别处寻找资源。对于这样一个胃口巨大的文明,有什么能量来源比得上一整颗恒星?

当一颗行星掠过恒星表面时,其类似球形的形状会引起对称的亮度变化。在统计图上显示的亮度减弱模式应该跟亮度恢复模式一致。

如果真的存在一颗比木星大五倍而且被众多木马环绕的行星呢?根据科学家建立的模型,首批木马经过恒星和我们之间,造成间断和不规则的干扰。之后,当行星经过恒星表面时,我们首先看到行星环模糊地遮挡了星光,随后是行星,造成恒星亮度的显著下降,然后是另一部分行星环经过。再过大概700天,我们看到了后续的木马。科学家们说,这就可以解释由行星造成的相对平滑的干扰和由木马造成的一系列波动起伏且互相嵌套的干扰。

如果这个模型能够成立,那么这颗巨型行星的轨道周期应该是12年。根据现有的假说,人们应该能在2021年观测到木马(如果它们存在的话)对塔比星亮度产生的干扰,再过两年将能够看到行星产生的干扰。

更多相关资讯请关注:毁灭战士:永恒专区

但是开普勒望远镜观察到8462852的亮度减弱模式却是不对称的。

什么鬼:我们已知的最怪异恒星的故事

很明显有什么神秘的事正在发生。我们不知道究竟发生了什么,或者它是如何发生的,但是我们与真相之间的距离跟我们在2009年时的一样。

在2009年5月,世界上有几百名观察者发现了一颗处在非常非常遥远星系的恒星。这颗恒星看起来跟他们之前看过的没什么不同。这几百人聚集在一个名叫行星猎手的网络论坛——该论坛是公民科学计划的一部分——狂热地讨论着他们的发现。他们都在研究开普勒太空望远镜获得的数据。这颗后来被叫做KIC8462852的恒星正在以一种非常怪异的方式闪烁着。

天文学家使用光谱分析设备可以推断出,塔比星是一颗中年恒星,年龄跟我们45亿岁的太阳差不多(用专业术语来说,属于F型主序列恒星)。

没有经过多长时间,Wright精心准备过的评论就引起了轰动。在2016年,每隔两到三个星期,在世界的某个地方就会出现一条头条新闻惊呼“外星巨构”。但尽管外星巨构能够存在于理论中,天文学家们却并不买账。他们要看到观测证据——这也是他们的权利。

两年后,在2011年3月,开普勒望远镜捕捉到了KIC8462852新的亮度干扰,让天文学家再度紧张起来。一颗像木星那么大的行星最多能够引起恒星亮度减少1%,而KIC8462852的亮度减少了近15%。就像在2009年一样,亮度干扰不对称,持续了一个星期才恢复正常亮度。这个模式重复了几天,之后这颗恒星又“安静”了。

在2009年6月,天文学家Tabetha Boyajian收到一群公民科学工作者的警报,称有一颗大概1500光年以外的独特恒星一直在被用户们贴上“有趣”或者“怪异”的标签。作为耶鲁大学的博士后,Boyajian和她的同事Debra Fischer——行星猎手项目的发起人——被这个情况吸引住了。这颗恒星的确看起来十分不同。它的亮度一开始减弱了微小的0.5%——这很平常——但整整持续了四天,这就完全不平常了。一般来说,行星掠过类似恒星的表面形成的亮度干扰大概只会持续几个小时。

此外官方还发布了一张预览动图,主角将走进一个传送门。

在接下来的一年,Wright被奇怪的数据迷得神魂颠倒,他向伯克利SETI研究中心运行的绿坝望远镜预订了使用时间以观测塔比星。(SETI即地外智慧生命搜索, the Search for Extraterrestrial Intelligence)

公民科学工作者和天文学家持续研究这颗恒星,现在它已经恢复了正常亮度。