“WTF”星:一颗奇怪的星球

“WTF”星:一颗奇怪的星球

那里有一些神秘的东西,比如外星文明。只是我们至今也没能弄清楚。

“WTF”星:一颗奇怪的星球

作者 Sandhya Ramesh 是一位天文学和地球科学方面的作家。

2009 年 5 月,全球数百人注意到了一颗来自遥远星系的恒星,它和之前所见的都不同。于是他们跑到一个叫“行星猎手”的民间科学项目论坛上,对这颗恒星开展了激烈的讨论。他们研究了开普勒太空望远镜所获得的数据,这颗后来被叫作 KIC 8462852 的恒星,正以一种怪异的方式在闪烁。

太阳系外的行星探索是一个如今很活跃的天文领域。首个系外行星发现于 1992 年,仅仅 25 年后的今天,就有 3500 颗已确认的行星正围绕着太阳以外的恒星运转。单单 NASA 的开普勒太空望远镜就找到了 2000 多颗。它的找寻方法是在数周,数月甚至几年的时间里观察一片星空,当有行星与它的恒星重叠时,它在恒星的光芒中就投下了一片小而确定的阴影,这些阴影被记录下来,以计算行星的大小。越大的行星,阻挡的光芒就越多(“凌星”法)。

观测产生了大量的数据,所以天文学家们使用精心设计的计算机程序来帮助筛选系外行星的特征。程序比一群天文学家更有效率,但它也不完美,有时程序会错过一些其设计以外的事物。所以公众也加入了了天文科学研究。

不同身份的人都以各种方式为民间科学项目做出了贡献。有的项目通过相机捕获的图片来辨别动物。有的项目使我们可以查阅火星表面的图像以确认风型,查阅扫描和数字化的文本,甚至创建一个野生动物数据库。人脑非常擅长识别各种图案,以至于我们甚至可以看到可能不存在的图案。

“行星猎手”就是一个民间科学项目,帮助识别计算机可能错过的恒星光变。 截至 2017 年 8 月,有超过 30 万民间科学爱好者每天访问开普勒提供的数据。

2009 年 6 月,天文学家 Tabetha Boyajian 被一些科学爱好者警告,大约 1500 光年以外的一颗恒星接连被用户标记为“有趣”和“奇怪”。接着,耶鲁大学博士后 Boyajian 和她的同事,行星猎手创始人 Debra Fischer 被吸引了, 她们观测的恒星看起来有些异常。 其亮度最初下降了 0.5%,这是正常现象;但持续了 4 天之久,这完全不正常。 通常,跨越这种恒星的行星往往只会导致几个小时的恒星亮度下降。

这是 2009 年初她们第一次注意到了这些光降数据。在此几周后,KIC8462852 的亮度下降持续了整整一个星期。Boyajian 和 Fischer 花了几天时间对数据进行处理,但是 KIC8462852 的行为无法解释。仪器工作正常,电脑程序也没问题,数据正确。光降是真实的和莫名的。不仅持续时间长,变化方式也十分怪异。

当行星经过恒星前面时,由于它接近球形,当它经过恒星的圆面时,会产生对称的光变曲线。(见下图)。

“WTF”星:一颗奇怪的星球

Credit: NASA/Kepler Mission

但是,开普勒观测到的 KIC8462852 的曲线是不对称的。

“WTF”星:一颗奇怪的星球

Credit: T. Boyajian & team/MNRAS

普通的行星在固定的周期内环绕它们的恒星,并且在每次光变之间,它们重复出现的时间是等长的。 但不管是什么,导致 KIC8462852 光变都是不可预测且随机的。

在这之后,科学家和爱好者们持续研究这颗已经恢复正常亮度的恒星。

两年后的 2011 年 3 月,开普勒又一次观测到了 KIC8462852 的光变,并使天文学家们十分吃惊。类似木星大小的行星至多能造成这种恒星 1%左右的光降。 但 KIC8462852 的亮度已经下降了近 15%。像 2009 年一样,光变曲线再次是不对称的,并持续了一周之后才恢复正常。这种图案重复了几天,然后恒星再次“沉默”了。

“WTF”星:一颗奇怪的星球

2011 年 3 月(Kepler 观察的第 792 天),KIC 8462852 的光变曲线。Credit: JohnPassos/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

2013 年 2 月,4 月下旬,KIC 8462852 再次醒来。 这一次,它发生了一系列非常不规则的光变。 虽然以前的曲线是以随机间隔进行简单的下降,但是新的数据意味着它的亮度在强度和持续时间的变化。 光变曲线也很复杂。 天文学家在较大的下降区域内发现较小的下降,甚至进一步更小。 这种分形通量的亮度在多天内被重复,并且在相同数据集内的不规则递归的形式,本身变得相当复杂。 在一个点上,恒星的亮度下降了惊人的 22%。

“WTF”星:一颗奇怪的星球

3013 年 2 月光变。 Credit: JohnPassos/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

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2013 年 4 月光变。 Credit: JohnPassos/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

2015 年 10 月,Boyajian 和她的团队一起发表了一篇名为“Where’s The Flux”的论文,引发了媒体的狂热,并将这颗恒星带到了世界天文界的聚光灯下。自此 KIC8462852 被称为塔比星、Boyajian 星以及十分贴切的——“WTF”星。

导致恒星光变的的天体具有非常具体的特征,具体取决于其物理特性。这种数据通常隐藏在恒星发出的光线中。如果是一片尘埃云遮挡它,会阻挡更多的蓝光。如果是不通透的固体,将阻挡所有波长的光。固体也会被加热和发光,显示在红外数据中,这也能反映该固体的种类。某些元素吸收光的某些频率,这将在光谱图中显示为空白。这种图像可用于分析确定元素种类。

使用他们的光谱工具,天文学家能够推断出,塔比星是和我们 45 亿岁的太阳(F-型主序星)一样的中年恒星。

鉴于所有这些信息,Boyajian 和她的团队在 2015 年提供了几个说法来解释什么可能导致神秘的光变。

第一个解释不会使人惊讶:这是一个原行星盘。当一团巨大的气体在自身重力下塌陷,并开始旋转时,一个恒星系产生了。物质呈盘形散开,并转动得更快。中心的物质最密集,恒星系的主星于此形成。而一些较轻的气体和岩石,则被向外抛出,这就是原行星盘。各行星于此形成。物质团在这里各种碰撞,形成更大的团,最终和滚雪球一般形成原始行星。原行星盘中进一步被排出的气体形成壮观的气体巨行星。

在行星系统稳定成形之前,原行星盘要围绕恒星数百万年。在这段时候,原行星盘会导致恒星的亮度变化(如地球人所见)。

但是,这个理论的漏洞很大:原始行星盘是“原始”的,即只存在于新生星的周围。塔比星则不是新生星。

此外,灰尘吸收热量。哪怕当它有对人体来说的很小的温升,在红外望远镜中就会观测到发光。但 NASA 的斯皮策太空望远镜并没有观测到。它也排除了像两颗行星在星际空间争夺中与岩石或一颗星球相撞的轨道相撞的想法。事实上,看起来塔比星周围并没有碎片。

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