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永恒璀璨,亙古不變,這是星空給多數(shù)人的印象。但天文學(xué)家在翻閱歷史數(shù)據(jù)時,卻發(fā)現(xiàn)三顆星星突然一起消失了。而且直到今天,他們還沒找到可靠的解釋。
1952 年 7 月 19 日晚,位于美國加利福尼亞州的帕洛瑪天文臺(Palomar Observatory)正如往常一樣,持續(xù)拍攝天空。晚上 8:52 左右,望遠鏡捕捉到了三顆聚集在一起的星星,平平無奇,盡管它們在相機拍攝的圖像中相當明亮。然而,到了晚上 9:45 ,望遠鏡再次拍攝這片天區(qū)時,這三顆星卻不見了蹤影。
兩次觀測使用的波段不同,傳感器不同,所以圖像有輕微差別。圖片來源:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 3, January 2024, Pages 6312–6320
根據(jù)當年帕洛瑪天文臺的觀測性能,這三顆星的亮度至少降低到了原來的百分之一。2023 年,天文學(xué)家用更先進的望遠鏡觀測了這片天區(qū),還是沒發(fā)現(xiàn)這三顆星。這意味著,帕洛瑪天文臺 1952 年 7 月 19 日晚 8:52 觀測到的 3 顆星,亮度至少降低到了原來的萬分之一?;蛘撸鼈兺耆Я?。
疑點重重
恒星會爆炸,但通常不會消失。例如超新星爆炸會瞬間摧毀一顆恒星,爆發(fā)后它的亮度也會持續(xù)衰減,但是不可能在一天內(nèi)就直接消失。例如《宋史·天文志》曾記載:“至和元年五月己丑,出天關(guān)東南可數(shù)寸,歲余稍沒?!?1054 年中旬爆發(fā)的天關(guān)客星(SN 1054),直到年末,亮度才有所減弱。
直到今天,我們還能看到由天關(guān)客星產(chǎn)生的蟹狀星云,以及它中心的脈沖星。這些都是超新星爆炸的遺跡,將近一千年后還能被我們觀測到。但1952 年的三顆星星卻在不到 50 分鐘內(nèi)一同消失,這很不對勁。
更奇怪的是,這三顆星之間相互距離很近,不到 10 角秒。如果它們是三個獨立的天體,那么意味著它們之間的距離不會超過 50 光分(光 50 分鐘走過的距離),這大約是地球到太陽距離的 6 倍( 6 個天文單位),與太陽和木星的平均距離( 5.2 個天文單位)相當。彼此相距最多 50 光分,在我們看來距離不到 10 角秒,經(jīng)過簡單的幾何換算,這三顆星距離我們最遠不超過 2 光年——相比之下,距離太陽最近的恒星在 4.2 光年之外。在天文上,這個距離近得難以置信。
問題邪門到這個地步,自然要考慮一些不靠譜的答案了。有沒有一種可能,這三個亮點,根本就不是天上的星星,而是地面上的因素導(dǎo)致的——比如核試驗產(chǎn)生的放射性塵埃。帕洛瑪天文臺距離美國新墨西哥州不遠,那里是第一顆原子彈引爆的地方,也是后續(xù)的核試驗場。上世紀 50 年代的照相底片上,也曾出現(xiàn)過受放射性塵埃導(dǎo)致的亮點,必須考慮地面因素的影響。
帕洛瑪天文臺距離美國新墨西哥州核試驗場不遠。
于是天文學(xué)家分析了這三顆星的輪廓。三顆星中,有一顆距離另外兩顆稍遠,可以和鄰近的正常星對比它們的輪廓。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這三顆星的輪廓和正常的星幾乎完全一致,如果是放射性塵埃造成的亮點,不可能造成這樣的結(jié)果。如果是飛機、小行星這種移動較快的目標,在底片上的輪廓應(yīng)該是一條直線。基本可以確定,這些亮點,就是望遠鏡正常成像產(chǎn)生的。
白點為消失星的輪廓曲線,白線為正常星的輪廓曲線,可見兩者基本相同。上下兩圖分別為東西方向的輪廓和南北方向的輪廓。圖片來源:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 3, January 2024, Pages 6312–6320
真的是三個?
或者,它們根本就不是三顆星。而是一顆星突然消失,只是因為引力透鏡的影響,在我們看來形成了三顆星的像。引力可以扭曲光線,所以能產(chǎn)生類似透鏡的效果。對于最簡單的引力透鏡——由一個天體構(gòu)成——如果引力透鏡恰巧位于地球和目標天體的連線上,那么引力透鏡會將原本一顆星的像扭曲成一個環(huán),這也叫愛因斯坦環(huán);如果引力透鏡稍有偏離,那么只會形成兩個亮度相近的像。兩個像中間或許還有一個像,但是要弱得多。
圖片正中存在一個引力透鏡(透鏡本體位于圖片正中,未在圖片中標注),引力透鏡背后的點光源(青色圓)從引力透鏡背后橫穿時,我們只能看到被扭曲的像,也就是白色部分。圖片來源:wikipedia
如果想要形成三個亮度相近的像,那么引力透鏡的結(jié)構(gòu)應(yīng)該非常特殊才對,例如是多個黑洞,或者是一團不均勻的暗物質(zhì)。同時,在這個復(fù)雜引力透鏡的影響下,三個像的光路長度相差不能超過 50 光分,否則我們就不能看到三個亮點同時消失了。這個猜想來源于《皇家天文學(xué)會月刊》(MNRAS)上的一篇論文。值得注意的是,論文作者覺得這個引力透鏡太過復(fù)雜,只給出了粗略的限制條件,感興趣的讀者可以自己計算這個引力透鏡的結(jié)構(gòu),再發(fā)一篇論文。
只有猜測
就算真的存在這么復(fù)雜的引力透鏡,最關(guān)鍵的問題還沒有回答——恒星只會爆炸,不會突然消失,那這顆星究竟是怎么在一個小時內(nèi)就消失不見的?事實上,如果實際消失的星只有一顆,那么我們能找到很多相似的例子。
VASCO項目(Vanishing & Appearing Sources during a Century of Observations,百年觀測中消失與出現(xiàn)的源)在統(tǒng)計過去 70 年中,有多少顆星突然消失了。2019 年,他們在《天文學(xué)報》(AJ)上發(fā)表論文,表示大約有100個源毫無依據(jù)地消失了,根本找不到可靠的解釋。
沒有靠譜的解釋,就真的只能猜了。
難道是快速射電暴(FRB)的光學(xué)對應(yīng)體?快速射電暴是在射電波段的一種天文現(xiàn)象,能在數(shù)毫秒內(nèi)爆發(fā)出巨大能量。這種毫秒級別的天文現(xiàn)象,對應(yīng)的光學(xué)現(xiàn)象也確實有可能持續(xù)時間小于一個小時。但是相關(guān)數(shù)據(jù)不足,我們目前難以驗證這個猜想。
今年5月,一篇在《物理評論快報》(PRL)上發(fā)表的論文給出了一個新的可能——這些突然消失的星可能變成了黑洞。研究團隊研究了銀河系邊緣的雙星系統(tǒng)VFTS 243,它由一顆恒星和一個黑洞組成。
一般認為,其中的黑洞應(yīng)該是由超新星爆發(fā)產(chǎn)生的,超新星爆炸時的沖擊會改變雙星的軌道,使其變成橢圓。但是在VFTS 243中,雙星軌道偏心率僅有0.017,接近正圓,這與傳統(tǒng)的超新星模型不符。經(jīng)過進一步的計算、模擬,研究團隊提出,VFTS 243 中的黑洞可能是由大質(zhì)量恒星直接坍縮形成的。論文指出,恒星死亡時,如果核心質(zhì)量在10倍太陽質(zhì)量以上,就有可能直接坍縮成黑洞。一顆明亮的恒星,就這樣突然消失了。
沒有超新星爆發(fā),靜悄悄地突然消失,這或許能回答VASCO項目的疑問,也或許是1952年三顆消失星星的答案。
所以,1952年這三顆星究竟是怎么消失的?目前看來,比較有可能的解釋是,這三顆星其實只是一顆星,地球觀測到的三顆星,其實是由一個復(fù)雜的引力透鏡產(chǎn)生的像。至于那一顆星為什么突然消失?它有可能是FRB的光學(xué)對應(yīng)體,也有可能是一顆黑洞悄無聲息地誕生。
但這依然只是猜測,尚沒有論文驗證。
參考文獻
[1]Beatriz Villarroel et al 2020 AJ 159 8
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ab570f
[2]Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 3, January 2024, Pages 6312–6320,
https://academic.oup.com/mnras/article/527/3/6312/7457759
[3]Phys. Rev. Lett. 132, 191403
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.191403
[4]https://www.universetoday.com/163820/in-1952-a-group-of-three-stars-vanished-astronomers-still-cant-find-them/
[5]https://www.iflscience.com/hundreds-of-stars-have-vanished-without-a-trace-a-new-study-could-explain-why-74343
[6]https://zh.wikipedia.org/wiki/SN_1054
[7]http://www.nao.cas.cn/twsdjz/sdjzndhx/sdjzjcl/202103/P020210325380297688434.pdf
[7]https://vascoproject.org
[8]https://science.ku.dk/english/press/news/2024/complete-stellar-collapse-unusual-star-system-proves-that-stars-can-die-quietly/
[9]https://www.iflscience.com/hundreds-of-stars-have-vanished-without-a-trace-where-did-they-go-71397
策劃制作
來源|環(huán)球科學(xué)(id:huanqiukexue)
責編丨楊雅萍
審校丨徐來、林林
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