宇宙中那些消失的恒星 都会经历一系列极其暴烈的变化

宇宙中那些消失的恒星 都会经历一系列极其暴烈的变化

北京时间5月26日消息,据国外媒体报道,数千年来,天文学家一度坚信,夜空中的点点星光是固定不变的。即使在弄清楚了这些“光芒”其实都是天体之后,天体物理学家也一直认为,天体的变化速度非常缓慢,需要放在数百万年、乃至数十亿年的时间尺度上衡量。

宇宙中那些消失的恒星 都会经历一系列极其暴烈的变化

大多数巨恒星在寿命临近终结时,都会经历一系列极其暴烈的变化,最终在超新星爆发中走向生命的终点。超新星爆发在宇宙中就像一座灯塔般明亮耀眼,可能会一连持续好几个月,即使相隔数亿光年,也有可能看到它们的明亮光芒。

超大质量恒星会以超新星爆发的形式毁灭,但这类事件很难忽略,它们的明亮光芒足以照亮整个星系,并且会持续数月时间。

但会不会有些恒星突然之间消隐无踪呢?就我们对恒星的了解来看,这应该不太可能。但就在过去几年间,一组天文学家通过比较数十年来的观测记录,一直在研究这种“不可能事件”发生的可能性。

“我们称其为VASCO项目,意为‘在一个世纪的观察时间内消失及出现的天体’,”瑞典北欧理论物理研究所的比阿特丽斯·维拉罗尔指出,“我们对各类消失的天体都很感兴趣,但在理想情况下,我最希望能发现一颗一直很稳定、历史十分悠久、但有一天突然消失了的恒星。哪怕用全世界最大的望远镜观察,也找不到它的踪影。”

维拉罗尔和同事们自2017年开展这项任务以来,已经吸引了众多科学家的注意力,他们都意识到了调查历史记录的重大意义。“许多来自不同领域的天文学家都对我们的项目产生了兴趣,包括研究活跃星系核的专家、恒星物理学家、以及地外文明搜寻计划科学家等等,每个人都有充分的理由参与其中。”

虽然我们目前了解到的情况显示,恒星的变化非常缓慢,倘若恒星突然消失,应当会留下一些蛛丝马迹,但这并不意味着所有恒星都会永远保持稳定的光芒。事实上,宇宙中充满了亮度不断变化的变星。但维拉罗尔强调,VASCO项目针对的并不是这些。“我们知道变星的存在,但它们的持续时间一般最长只有几年。我们想寻找的是一颗之前始终十分稳定、但突然彻底消失得无影无踪的恒星。目前还没有针对这种恒星的记载,假如能发现它们的存在,可能会引领我们发现新的物理学法则。”

近年来,随着自动化望远镜的发展,我们扩充星表的速度已经达到了空前的水平。例如,位于加州帕洛马山天文台的兹威基瞬变设施(ZTF)将当前最先进的照相机与萨缪尔·奥斯钦望远镜两相结合,使其拥有了超宽视野,仅需三晚便可对帕洛马上方的整个夜空完成一次搜寻,且每晚可对银河系平面开展两次扫描。这不仅大大增加了探测到“瞬变”的几率(即遥远恒星在短时间内释放出的大量光芒),还能帮助我们发现伽马射线暴等剧烈的罕见事件。

然而,在寻找普通恒星与突然消失的恒星之间存在一点关键区别。维拉罗尔强调:“像兹威基瞬变设施这样的项目的工作时间很短。但对于罕见事件,比如某个天体每100年就莫名消失一次,你的观察时间必须足够长,才能捕捉到它们。因此我们在寻找突然消失的恒星时,将尽可能延长时间跨度,结合更古老的星图进行对比分析。我们正在将70年前的数据与当前数据进行比较,看看宇宙在这些年间是否有所变化。”

衰老的红巨星在抛却外层物质、变为白矮星时,可能会“消失”一段时间,但这一过程会持续数十万年之久,还会产生独特的星云。

有些讽刺的是,该团队需要高质量的历史数据,因此将目光投向了帕洛马山天文台和萨缪尔·奥斯钦望远镜。上世纪50年代,这台望远镜曾为一次巡天行动制作了感光底片,后由美国海军天文台扫描保存。而他们所用的现代数据则由夏威夷哈雷阿卡拉天文台的全景巡天望远镜和快速响应系统(Pan-STARRS)提供。

“你可以随意获取这些巡天项目的结果,它们全都以数字化形式上传到了网络上。”维拉罗尔指出,“我们在乌普萨拉大学的IT团队开发了一个科学网站,只需点击几下便可将不同图片整合在一起。解决问题有多种方式,只要能为我们提供数据就行。关键在于,对这个项目感兴趣的人可以到这个网站上来,将不同的图像进行比对。”

银河系中央可以形成黑洞。

若美国海军天文台星表中的某个天体在现代的Pan-STARRS数据库中找不到与之对应的天体,研究人员便会展开进一步考察和确认。他们将分析该天体的形状、亮度等特征,弄清这究竟是个天体、还是感光底片上的一处瑕疵。

“你无法保证这不是底片上的瑕疵,”维拉罗尔指出,“但你可以做些测试,把最显而易见的可能性排除掉。然后你可以去找找其它星图,比如斯隆数字巡天任务(SDSS)等等,看看该天体在其中有没有留下什么蛛丝马迹。根据具体的发现结果,你可以判定出不同类型的候选天体。”

该团队还将这些候选天体与欧空局盖亚探测器收集的数据进行了对比。目前,该探测器正在忙着收集银河系中超过10亿颗恒星的精确数据。

目前,这项调查任务已经找到了800多颗明显“失踪”的恒星,其中许多还需展开进一步调查。虽然目前还没有找到维拉罗尔理想中的天体(一颗存在了很久、一直很稳定、却突然消失了的恒星),但许多恒星本身也颇有引人注目之处。

“我们发现了许多短期瞬变现象,可能一张照片上有,下一张又没了。我们发现的天体中,绝大部分都属于这一类。我们对这些短期瞬变现象展开研究后发现,它们似乎并不是M型红矮星发出的耀斑,也并非超新星爆发,这两种可能性都可以排除掉。”

足够先进的外星文明有许多办法可以让一颗恒星“消失”,比如用戴森球挡住恒星光线等等。

其它可能性不大的选项还包括变星、激变变星、新星(即双星系统中的白矮星表面发生喷发的现象)等等。该团队发现的这些瞬变源附近都没有已知变星,并且新星系统中的伴星应当有微弱的亮度才对,不可能完全看不见。

“有一种可能性是,它们也许是伽马射线暴或快速射线暴留下的‘余辉’。”维拉罗尔提出。我们对这些高能爆发事件的源头仍然所知甚少,但科学家普遍认为,随着这类事件输出的能量逐渐衰减,过程中应该会经历一段短暂的可视期。

“根据预测,这类射线爆发现象的亮度可达到8至10级,但在短短几分钟内便会迅速黯淡下来。我们用大型望远镜观察其所在位置时,也看不到任何痕迹。当然,对于已经筛选出的800个候选天体,我们还有许多工作要做。这些天体肯定是五花八门,各种类型都有。”

假如在这800个候选天体中,真的有一颗符合维拉罗尔期待的、正在消失的恒星,那么我们对此该作何解释呢?

这颗恒星也许是一颗所谓的“失败超新星”。这类恒星极为庞大,并且其内核由于质量过大,会坍缩成一个黑洞,自内而外地将恒星的剩余部分吞噬殆尽,这样就不会留下任何可见的残留物了。

不过,维拉罗尔认为这种情况发生的可能性并不大。据她计算,这类事件在银河系中每隔三个世纪才会发生一次,因此VASCO项目不大可能刚好碰上一次。

还有一种脑洞大开的设想:这些消失的恒星其实是巨大的外星飞船,因此它们并不是消失了,而是飞到了别处。

就目前而言,我们还很难想象出还有什么天然过程可以导致恒星消失。除非某个候选行星拥有相关特征、可供我们研究,否则我们也很难推测出这一过程中究竟涉及到了何种全新的物理法则。不过,这又将我们引向了另一种可能性:这些看似不可能发生的天文事件是否能证明先进外星文明的存在呢?

随着望远镜的规模和敏感度不断提高,再加上计算能力的进步,天文学已经进入了“大数据”时代。许多地外智慧搜寻领域的科学家都指出,我们如今借助恒星等天体的反常行为发现外星文明的可能性比过去高了许多。

相关理论认为,当文明发展到足够先进时,便会开始研发恒星工程,导致恒星外观有所改变。科学家假想中的“戴森球”就是一个很好的例子:它由一系列围绕恒星转动的“发电站”构成,可以最高效地利用恒星能量。

科幻小说作家阿瑟·克拉克在他的三大定律中提出,“任何技术只要足够先进,都将与魔法无异”。如果我们无法用天然原因来解释恒星的消失,地外智慧也不失为一种可能性。

“从地外智慧的角度来看,我们发现的现象有好几种解释方式。”维拉罗尔指出,“它们可能是戴森球或其它结构,可能会定期开启或关闭,有时可能会朝我们的方向照射一段时间,甚至有些文明可能会彻底抛弃自己的恒星、扬长而去。”

就连该团队发现的红色瞬变事件也可以用“人为原因”来解释。“当然,我们还是会优先寻找天然的解释,目前我们还没有理由彻底排除这些可能性。但假如要用地外智慧来解释的话,我猜激光束也可以产生这类红色瞬变现象。”

虽然维拉罗尔暗示,他们已经从数据中发现了一些令人激动的现象,正在等待正式发布,但VASCO项目仍在持续向前推进。目前发现的大多数候选天体还需要展开进一步确认和分析,并且他们目前只考察了四分之一的天空。随着更多民间志愿科学家的加入、以及该团队正在与西班牙虚拟天文台合作研发的新型自动化技术的上线,该项目接下来的进度有望加快。

“除了‘失败超新星’假说外,我们还不知道有什么原因可以导致恒星消失。”维拉罗尔表示,“消失的恒星令我们十分感兴趣,因为我们从未在天然情境下观察到过这种现象。因此,‘寻找那些在我们看来不可能存在的事物’就是我们的核心原则。”

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