那年 三颗星星同时消失 天文学家至今也没找到原因(图)

2024-06-10 09:30:06 · chineseheadlinenews.com · 来源: 环球科学



图片来源:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 3, January 2024, Pages 6312–6320;表情包来源于网络1952年7月19日晚,三颗星星同时消失了,就像2024年6月10日晚,端午假期突然消失了一样。

撰文|王昱

审校|不周

永恒璀璨,亘古不变,这是星空给多数人的印象。但天文学家在翻阅历史数据时,却发现三颗星星突然一起消失了。而且直到今天,他们还没找到可靠的解释。

1952年7月19日晚,位于美国加利福尼亚州的帕洛玛天文台(Palomar Observatory)正如往常一样,持续拍摄天空。晚上8:52左右,望远镜捕捉到了三颗聚集在一起的星星,平平无奇,尽管它们在相机拍摄的图像中相当明亮。然而,到了晚上9:45,望远镜再次拍摄这片天区时,这三颗星却不见了踪影。



两次观测使用的波段不同,传感器不同,所以图像有轻微差别。图片来源:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 3, January 2024, Pages 6312–6320

根据当年帕洛玛天文台的观测性能,这三颗星的亮度至少降低到了原来的百分之一。2023年,天文学家用更先进的望远镜观测了这片天区,还是没发现这三颗星。这意味着,帕洛玛天文台1952年7月19日晚8:52观测到的3颗星,亮度至少降低到了原来的万分之一。或者,它们完全消失了。

疑点重重

恒星会爆炸,但通常不会消失。例如超新星爆炸会瞬间摧毁一颗恒星,爆发后它的亮度也会持续衰减,但是不可能在一天内就直接消失。例如《史记·天文志》曾记载:“至和元年五月己丑,出天关东南可数寸,岁余稍没。”1054年中旬爆发的天关客星(SN 1054),直到年末,亮度才有所减弱。

直到今天,我们还能看到由天官客星产生的蟹状星云,以及它中心的脉冲星。这些都是超新星爆炸的遗迹,将近一千年后还能被我们观测到。但1952年的三颗星星却在不到50分钟内一同消失,这很不对劲。

更奇怪的是,这三颗星之间相互距离很近,不到10角秒。如果它们是三个独立的天体,那么意味着它们之间的距离不会超过50光分(光50分钟走过的距离),这大约是地球到太阳距离的6倍(6个天文单位),与太阳和木星的平均距离(5.2个天文单位)相当。彼此相聚最多50光分,在我们看来距离不到10角秒,经过简单的几何换算,这三颗星距离我们最远不超过2光年——相比之下,距离太阳最近的恒星在4.2光年之外。在天文上,这个距离近得难以置信。

问题邪门到这个地步,自然要考虑一些不靠谱的答案了。有没有一种可能,这三个亮点,根本就不是天上的星星,而是地面上的因素导致的——比如核试验产生的放射性尘埃。帕洛玛天文台距离美国新墨西哥州不远,那里是第一颗原子弹引爆的地方,也是后续的核试验场。上世纪50年代的照相底片上,也曾出现过受放射性尘埃导致的亮点,必须考虑地面因素的影响。

帕洛玛天文台天文台距离美国新墨西哥州核试验场不远。

于是天文学家分析了这三颗星的轮廓。三颗星中,有一颗距离另外两颗稍远,可以和临近的正常星对比它们的轮廓。结果发现,这三颗星的轮廓和正常的星几乎完全一致,如果是放射性尘埃造成的亮点,不可能造成这样的结果。如果是飞机、小行星这种移动较快的目标,在底片上的轮廓应该是一条直线。基本可以确定,这些亮点,就是望远镜正常成像产生的。

白点为消失星的轮廓曲线,白线为正常星的轮廓曲线,可见两者基本相同。上下两图分别为东西方向的轮廓和南北方向的轮廓。图片来源:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 3, January 2024, Pages 6312–6320

真的是三个?

或者,它们根本就不是三颗星。而是一颗星突然消失,只是因为引力透镜的影响,在我们看来形成了三颗星的像。引力可以扭曲光线,所以能产生类似透镜的效果。对于最简单的引力透镜——由一个天体构成——如果引力透镜恰巧位于地球和目标天体的连线上,那么引力透镜会将原本一颗星的像扭曲成一个环,这也叫爱因斯坦环;如果引力透镜稍有偏离,那么只会形成两个亮度相近的像。两个像中间或许还有一个像,但是要弱得多。


图片正中存在一个引力透镜(透镜本体位于图片正中,未在图片中标注),引力透镜背后的点光源(青色圆)从引力透镜背后横穿时,我们只能看到被扭曲的像,也就是白色部分。图片来源:wikipedia

如果想要形成三个亮度相近的像,那么引力透镜的结构应该非常特殊才对,例如是多个黑洞,或者是一团不均匀的暗物质。同时,在这个复杂引力透镜的影响下,三个像的光路长度相差不能超过50光分,否则我们就不能看到三个亮点同时消失了。这个猜想来源于《皇家天文学会月刊》(MNRAS)上的一篇论文。值得注意的是,论文作者觉得这个引力透镜太过复杂,只给出了粗略的限制条件,感兴趣的读者可以自己计算这个引力透镜的结构,再发一篇论文。

只有猜测

就算真的存在这么复杂的引力透镜,最关键的问题还没有回答——恒星只会爆炸,不会突然消失,那这颗星究竟是怎么在一个小时内就消失不见的?事实上,如果实际消失的星只有一颗,那么我们能找到很多相似的例子。

VASCO项目(Vanishing & Appearing Sources during a Century of Observations,百年观测中消失与出现的源)在统计过去70年中,有多少颗星突然消失了。2019年,他们在《天文学报》(AJ)上发表论文,表示大约有100个源毫无依据地消失了,根本找不到可靠的解释。

没有靠谱的解释,就真的只能猜了。

难道是快速射电暴(FRB)的光学对应体?快速射电暴是在射电波段的一种天文现象,能在数毫秒内爆发出巨大能量。这种毫秒级别的天文现象,对应的光学现象也确实有可能持续时间小于一个小时。但是相关数据不足,我们目前难以验证这个猜想。

今年5月,一篇在《物理评论快报》(PRL)上发表的论文给出了一个新的可能——这些突然消失的星可能变成了黑洞。研究团队研究了银河系边缘的双星系统VFTS 243,它由一颗恒星和一个黑洞组成。

一般认为,其中的黑洞应该是由超新星爆发产生的,超新星爆炸时的冲击会改变双星的轨道,使其变成椭圆。但是在VFTS 243中,双星轨道偏心率仅有0.017,接近正圆,这与传统的超新星模型不符。经过进一步的计算、模拟,研究团队提出,VFTS 243中的黑洞可能是由大质量恒星直接坍缩形成的。论文指出,恒星死亡时,如果核心质量在10倍太阳质量以上,就有可能直接坍缩成黑洞。一颗明亮的恒星,就这样突然消失了。


VFTS 243艺术想象图。图片来源:ESOL. Cal?ada CC BY 4.0

没有超新星爆发,静悄悄地突然消失,这或许能回答VASCO项目的疑问,也或许是1952年三颗消失星星的答案。

所以,1952年这三颗星究竟是怎么消失的?目前看来,比较有可能的解释是,这三颗星其实只是一颗星,地球观测到的三颗星,其实是由一个复杂的引力透镜产生的像。至于那一颗星为什么突然消失?它有可能是FRB的光学对应体,也有可能是一颗黑洞悄无声息地诞生。

但这依然只是猜测,尚没有论文验证。

			
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