宇宙中神秘脉冲星:忽明忽暗规律难寻

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发布日期:2017年05月23日 所属分类:天文

据新浪科技援引国外媒体报道,在距我们1200光年之遥的天鹅座中,有一颗十分神秘的恒星。它的光芒时而闪烁、时而黯淡,变化规律可谓前所未见。

这颗恒星的星光明暗变化毫无规律,说明有某样东西会时不时地挡在它前面。天文学家于2015年首次发现这一奇怪现象,且从未在其它恒星上观察到过,为此困惑不已。研究人员提出了各种各样的解释,如黑洞、彗星、星际云等等,但尚未达成共识。有一条假说尤其令人惊诧:这是由外星人引起的。

宇宙中神秘脉冲星:忽明忽暗规律难寻

恒星KIC 8462852的亮度一度下降了22%

你没看错,就是外星人。

研究人员指出,也许某个先进的外星文明建造了一座巨大的建筑物,比如利用恒星能量的发电场等,围绕它们的恒星旋转。当建筑物的一部分从恒星前经过时,就会使恒星的光芒黯淡下来。

若真是这样,这么一座外星建筑将成为历史上最伟大的发现之一。你要是相信近几年有关外星人的大新闻,也许会认为我们马上就能找到确凿的证据了。当然,这些新闻大多虚张声势。没有任何科学家敢声称这颗名为KIC 8462852便是外星人存在的证据。

但科学家暂时无法排除这种可能性。直到天文学家找到足够的证据、证明其它假说之前,“外星人的超级建筑”仍是一个极具诱惑力的解释——虽然可能性极低。

“即使对外星人假说不屑一顾的人也不得不承认,这个谜团确实很有吸引力。”美国宾夕法尼亚大学的天文学家杰森·莱特(Jason Wright)指出。

宇宙中神秘脉冲星:忽明忽暗规律难寻

图为脉冲星概念图

这已经不是天文学家第一次用外星人解释宇宙中的神秘现象了。1968年,天文学家乔丝琳·贝尔·伯奈尔(Jocelyn Bell Burnell)发现了一些高速无线电脉冲波。她将这些神秘信号称作“LGM”,即英文“小绿人(little green men)的首字母,以显示它们也许是外星人发出的信号。但科学家很快意识到,这些信号其实来自快速旋转的中子星,后又被称作脉冲星。

但和此前的“假警报”不同,此次的“外星人超级建筑”假说做出的预测更为具体。在1937年出版的小说《造星人》(Star Maker)中,作者奥拉夫·斯达普利登(Olaf Stapledon)预测,如果某个先进的外星文明急需能源,最终就需要从恒星获取能量。为此,该文明需建造一座靠近恒星的建筑体。受此书启发,物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)于1960年提出,在搜寻外星生命时应以这样的建筑体为目标,也就是如今所说的戴森球[注]

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天文学家已经发现了数千颗地外行星

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年轻的恒星周围充满尘埃和气体

2005年,天文学家卢克·阿诺德(Luc Arnold)提出,这样的建筑体可能会产生闪烁不定的信号,就像星际间的莫斯代码一样,相当于宣告外星文明的存在。

为探测这样的信号,我们需要打造一台敏感度极高、且有丰富的观察恒星经验的的望远镜。事实上,这样的望远镜已经出现了。

2009年发射的开普勒空间望远镜专门用来寻找围绕其它恒星旋转的行星。四年来,开普勒一直盯着拳头那么大的一小片天空,寻找行星从恒星前穿过时、恒星光芒变得黯淡的瞬间。该望远镜已取得了累累硕果,目前已确认的3400颗行星中,有2300颗都是它的功劳。

而莱特意识到,假若“外星超级建筑”真的存在,应当也能被开普勒望远镜观测到。就在这时,他了解到了开普勒望远镜发现的恒星KIC 8462852。

路易斯安那州立大学的天文学家塔贝莎·博亚吉安(Tabetha Boyajian)和同事们已经围绕这颗恒星研究了多年时间。为此,这颗恒星又名“博亚吉安星”,有时也被称作“塔比星”(塔贝莎的昵称)。一群科学家在参与“行星猎人”(Planet Hunters)计划时发现了这颗明暗不定的恒星,这随后引起了博亚吉安的注意。有一次,这颗恒星的亮度足足骤降了22%,说明一定有某个巨大的物体挡住了它发出的光学。木星是太阳系中最大的行星,但就连它也只能使太阳亮度下降0.5%。

没人知道究竟发生了什么。“对于科学家而言,越是新奇的东西就略令人激动,”博亚吉安表示,“但这也令人格外沮丧。”

博亚吉安的团队于2015年发表研究数据时,将这颗行星称作“不断变化的恒星”(Where's The Flux Star),有些人还将其简写为“WTF星”(你懂的)。他们提出,也许是一大群彗星导致其亮度下降。

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图为一群彗星遮挡恒星的想象图

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盖亚任务正在测量十亿颗附近恒星距太阳系的距离

但博亚吉安给莱特看了数据之后,后者意识到,这颗恒星的亮度变化规律很符合“外星超级建筑”可能造成的情况。

恒星亮度减弱本身并不稀奇。开普勒和其它望远镜发现过多颗存在骤亮和骤暗现象的恒星。例如,年轻的恒星周围往往围绕着一圈气体和尘埃。这些物质便是恒星形成的原材料,可以阻挡光线。但博亚吉安星的古怪之处在于,它已经是一颗迈入中年的恒星了。

此外,这颗恒星并未向外发射红外线辐射。天文学家怀疑,阻挡光线的物质(如尘埃等——也许离恒星很近,受热后产生红外线辐射。但天文学家尚未探测到任何红外线辐射,说明该恒星周围没有尘埃。

到了2016年1月,这颗恒星变得更加离奇。路易斯安那州立大学的天文学家布莱德利·沙弗(Bradley Schaefer)发现,除了短暂变暗之外,这颗恒星的亮度在过去一个世纪中下降了15%。沙弗查阅了各种档案,仔细观察1890年这颗恒星的照片的照相底板。但由于缺乏分析照相底板的专业技能,并非所有天文学家都相信这一结论。

几个月后,芝加哥大学的本杰明·蒙戴特(Benjamin Montet)和卡耐基科学院的乔什·西蒙(Josh Simon)找到了更具说服力的证据。他们在分析开普勒望远镜历时四年搜集的数据时发现,博亚吉安星在四年中亮度下降了3%。这虽然未能证实沙弗的长期分析,但结果是一致的。

“我们观察到的亮度下降现象与沙弗的观测结果在本质上十分相似,这似乎为他的理论提供了有力支持。”蒙戴特指出。

亮度缓缓下降、偶尔还会骤降,使这颗恒星更加难以解释。比如说,博亚吉安开始时曾提出这一现象是由一大群彗星引起的,但这无法解释其长期内的亮度下降。

“外星超级建筑”假说或许能解释该恒星变暗的问题。莱特给出了一种可能的情境:该结构体可能包含大量太阳能电池板之类的构造,以不同的距离和速度围绕该恒星旋转,这样一来,恒星亮度就会多年维持较暗水平,就像一大群缓缓飞过的椋鸟遮蔽了天空一样。

但近期一项新提议认为,这颗恒星也许正在吞噬一颗行星。一些天文学家成为了这一理论的拥趸。

该理论指出,一颗行星曾围绕博亚吉安星旋转。而在附近的另一颗恒星引力影响下,该行星的轨道发生了改变,向博亚吉安星撞去。在不断接近恒星时,该行星的外层被恒星扯下,剩下的一缕行星残骸则继续围绕恒星旋转,这便是导致恒星变暗的原因。

而当行星彻底撞进恒星后,恒星温度骤然升高,亮度也随之提升。过了一段时间,随着多余的能量耗尽,恒星又恢复到了原来的亮度水平。蒙戴特、西蒙和沙弗观测到的正是这段缓慢的变暗过程。

这一“行星冲撞假说”成立的可能性很高,因为长期和短期的亮度下降都可以通过它解释。“我们的理论其实是首套试图用同一个原因解释两种现象的理论之一。”该理论的提出者之一、哥伦比亚大学的天体物理学家布莱恩·梅茨格(Brian Metzger)指出。

但该理论也说明,行星撞击比我们预想得更加常见。在开普勒望远镜发现的近20万颗恒星中,博亚吉安星可谓独一无二。但银河系中约有1千亿颗恒星,也许像博亚吉安星这样的恒星足有数百万颗,所以每年应至少发生数千次行星撞击事件。

宇宙中神秘脉冲星:忽明忽暗规律难寻

图为艺术家想象中盖亚任务正在测定恒星位置的场景

天文学家只能在恒星变暗后才能观测到变化,无法实时见证这一过程。为了更好地捕捉其亮度变化,博亚吉安领导了一项新任务,利用拉斯昆布瑞天文台(Las Cumbres Observatory)全球望远镜网络观测这颗恒星。此外,她还在通过美国变星观测者协会争取业余天文学家的支持。

一旦发现光芒变暗,天文学家就会立即指定其它望远镜,对该行星展开详细观察。例如,斯皮策空间望远镜(Spitzer Space Telescope)可识别出突然爆发的红外光,这或许是研究的关键线索。

根据行星冲撞假说,行星残骸按长长的椭圆形轨道运行,从恒星前方经过时便会阻挡光线。接着,这些残骸会被加热、释放出红外辐射。但这些辐射只是暂时性的,一旦残骸远离恒星便会消失。若能捕捉到这种瞬间发出的红外辐射,便可为行星冲撞假设提供支持。

天文学家还在期待欧洲盖亚任务(Gaia mission)的研究结果。该任务正在测量十亿颗附近恒星距太阳系的距离。若该任务能确定博亚吉安星的距离,天文学家就能了解该恒星的真实亮度。再与观测到的亮度相比较,研究人员便可确定其亮度逐渐下降是否由受到行星冲撞造成。不过,这一数据至少要到2019年才能发布。

今后的观测将解答更多问题。例如,另一项假说认为有一片巨大的尘埃和气体云横亘在地球和博亚吉安星之间。当尘埃较为密集时,恒星就会变暗。云层的稠密区和稀薄区轮流挡住博亚吉安星,导致其亮度在长期内持续下降。

那么外星人假说呢?从原则上而言,我们暂时还无法排除这一假说。就算抛开其媒体热度不谈,它在科学上也有一定道理。莱特指出,这至少给了搜寻外星人的天文学家瞄准射电望远镜的目标。

虽然地外智慧研究所(SETI)的艾伦望远镜阵列(Allen Telescope Array)开展的观测一无所获,但在2017年1月,博亚吉安和加州大学伯克利分校的安德鲁·西米恩(Andrew Siemion)利用美国的绿岸望远镜(Green Bank Telescope)开展了更加全面彻底的搜寻。目前,他们正在分析观测数据。

而对于提出行星冲撞假说的梅茨格等人而言,外星人假说更吸引他们的注意,同时也颇有讽刺意味,因为这颗恒星本可能被就此忽略掉。“想到外星人超级建筑假说有可能成立,我感到有些心烦意乱,”他说道,“如果能找到其它解释,那就再好不过了。”

包括莱特在内的大多数科学家都赞同,不到万不得已不会接受外星人假说。但即使结论与外星人无关,我们仍能了解到令人意外的重要宇宙知识:也许与行星冲撞有关,也许与星际间的气体有关,或者还有其它解释。

“我们已经研究了这么久,仍未提出令人满意的解释,这本身就挺有意思。”NASA喷气推进实验室的天文学家埃里克·玛玛杰克(Eric Mamajek)指出,“无论最终结论如何,我们都能从中学到许多。”

玛玛杰克认为,解决这一谜团也许还需好几年时间。最终的答案也许出人意表、独一无二,也许仅和基础的宇宙知识相关。

在不远的将来,我们将利用更加强大的设备探索夜空。这些设备的敏感度将达到空前的水平,也许能发现更多博亚吉安星这样的天体。

过去,发现某个奇怪的天体往往预示着我们将了解到某种全新现象。因此若以史为鉴,博亚吉安星仅仅是个开始。

关于"戴森球"

"戴森球",是弗里曼·戴森在1960年就提出的一种理论。所谓"戴森球"其实就是直径2亿km不等,用来包裹恒星开采恒星能的人造天体。这是一个利用恒星做动力源的天然的核融合反应堆。

宇宙中神秘脉冲星:忽明忽暗规律难寻

戴森球 是一种设想中的巨型人造结构,由弗里曼·戴森先生提出。这样一个"球体"是由环绕太阳的卫星所构成,完全包围恒星并且获得其绝大多数或全部的能量输出。戴森认为这样的结构是在宇宙中长期存在并且能源需求不断上升的文明的逻辑必然,并且他建议搜寻这样的人造天体结构以便找到外星超级文明。

从那时起,各种各样的设计,包括建造人工天体或一系列这样的结构以便包围太阳,便不断地由一些狂想的工程学家或科幻小说所提出,并冠以"戴森球"之名。这些后续的设想没有仅仅在从太阳能收集站上止步——许多工程设计还包括建设人类殖民地和工业基地 。

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