當前位置: 華文世界 > 科學

銀河系裏一顆神秘的恒星,忽明忽暗,甚至會威脅到地球

2024-04-27科學

在距離地球7500光年之外,有一顆神秘的星球。人類對它觀測了350年,在350年裏,它忽明忽暗,暗的時候肉眼根本看不見,亮的時候曾經是夜晚第二亮的恒星,僅次於天狼星。

2003年,全球天文學家再也無法控制自己的好奇心,他們聯合起來,將世界上最重要的望遠鏡都對準了這顆叫做海山二的恒星。其中包括哈伯太空望遠鏡、錢德拉X射線天文台、斯皮策太空望遠鏡、智利的甚大望遠鏡等等。誰也沒料到,這次觀測結果重新整理了人類對宇宙的認知。海山二是一個絕對無法想象的奇異的天體系統。這顆忽明忽暗的恒星到底是怎麽產生的?海山二又會給地球帶來什麽樣的影響呢?

時間要回溯到1677年。南大西洋上有一座與世隔絕的孤島-聖海倫娜島上有一位年僅二十一歲的牛津大學畢業生艾德蒙·哈雷自告奮勇地跑到這座鳥不拉屎的島上觀測南半球的星空。今天這座島看上去漂亮得不得了,但是在300多年前,這裏的條件是非常簡陋的。

在十七世紀的時候,地球的南半球上沒有什麽科學昌明的國家,所以人類從來沒有對南半球的夜空進行過科學觀測。哈雷的任務就是在這裏繪制南半球的星空圖。這張圖就是哈雷手繪的人類歷史上第一幅南天星空圖。在這幅圖的目錄裏,它詳盡地描述了南半球夜空中最亮的341顆恒星,其中就有處於船底座的恒星-海山二。但是當時哈雷並沒有發現異常,他只是做了個簡單的記錄,這是一顆二等星。

所謂星等又稱為視星等,是人類觀測星體亮度的標準,最早是由古希臘天文學家喜帕恰斯在公元前150年左右制定的。他把全天的星星劃分為六個亮度級,最高的為一等星。但是後來天文學家發現很多星的亮度都大於一等,所以呢,又引入了負數。負數越大,星星的亮度就越高。

當哈雷第一次觀測海山二的時候,它只是一顆普通的恒星,中規中矩。但是50年後的1730年,海山二居然開始變臉了。天文學家發現,海山二突然變亮,亮度增長極大,很快就成為船底座最亮的恒星。它用了50年的時間不斷地變亮,但是到了1782年,也就是清乾隆47年,那一年,也是四庫全書編著完畢的日子,奇怪的事情又發生了。海山二又突然開始變暗了。變暗的時間一共持續了40年。

就在天文學家以為再也看不見它的時候,1820年,海山二再一次開始變亮,在7年的時間裏亮度超過了十倍。1841年,中英之間正在進行鴉片戰爭,海山二的活動達到了最高峰,亮度為負0.8等,成為全天空第二亮的恒星,甚至有時候白天都能看到它。到1856年之後,詭異的事情又出現了,海山二第二次變暗,這一回暗得很徹底,很快肉眼就看不見了。人們認為這一回海山二徹底消失了。

時間又過去了84年,到1940年,第二次世界大戰打得如火如荼的時候,海山二居然第三度開始變亮了。從1972年到2019年這30年裏,海山二的亮度從6.2一直漲到了4.3等,直到今天,海山二仍在不斷變亮中。海山二的疑問困惑了人類兩百多年。一顆恒星一會兒變亮,一會兒變暗。在海山二上到底發生了什麽事兒呢?

時間來到二十世紀40年代,美國天文學家閔考斯基和茲威基開始將超新星分類。隨後,天文學家對恒星的死亡,也就是超新星爆發做了大量的研究。有的天文學家就對海山二提出了大膽的猜想,說這會不會是一顆超新星呢?那個時代,科學家對超新星的爆發已經很了解了,超新星是恒星死亡的謝幕表演,就像是放煙花一樣,炸完了就沒了。

但是海山二的情況可是天差地別。假設1730年海山二第一次變亮是超新星的爆發,那1820年和1940年又是怎麽回事呢?為什麽又變亮了兩次呢?一顆恒星總不能爆炸三次吧?這真是讓人百思不得其解。

時間來到了1984年,在智利阿卡塔馬沙漠南部的拉希拉天文台,南半球第一台2.2米的望遠鏡投入使用,人們這才有機會第一次深入地觀海火山二,而這是因為海山二是南半球夜空的恒星,只有北緯十五度以南的人才能看得見,而南半球一直沒有大型的天文望遠鏡,所以沒辦法對它進行觀測。當望遠鏡第一次聚焦海山二之後,就得到了這樣一張照片:一個氣態的雲團,像是一個小型的星雲。

天文學家一頭霧水。這種雲團通常表示恒星已經爆發了,但是爆炸的恒星絕對不會這麽亮。這說明雲團的中央還有天體。這個天體又是什麽呢?

但是海山 二距離地球有7500光年,想看清楚又談何容易,必須要等到大殺器的上場。。科學家們一等又是12年,時間來到1996年。剛剛維修成功的哈伯太空望遠鏡立刻對準了海山二。經過長時間曝光和復雜的影像處理後,人們首次清晰地看到了海山二的影像,沒想到這個海山二居然長成了啞鈴的樣子。中央是一個炙熱區域,兩團球狀的氣體與塵埃雲連線在一起,正在吸收藍光與紫外線。

透過光學測量分析,發現雲團中央的天體大得超乎想象。天文學家估算,海山二的質素在超大質素恒星中排名第二十二,前二十一位基本都在大麥哲倫星系裏,因此海山二很可能是銀河系中質素最大的恒星。這樣一來就更需要研究海山二了,鬧不好海山二是地球邊上最大的定時炸彈。

時間來到1998年,錢德拉X射線天文台對海山二進行了重點觀測。詭異的事情又出現了,海山二發出的X射線似乎遵循著某種固定模式。它的X射線噴射是有周期的,從98年到03年,再到09年,再到2014年,每隔5.5年重復一次,這的確非常奇怪。它不僅在可見光範圍內忽明忽暗,在X光範圍內也呈現出5.5年一次的重復模式。這難道是外星智慧生物在向宇宙發送密碼?天文學家對海山二的了解並沒有增加,反而更加迷惑了,因此決定動用所有觀測手段進行一次集體會診。

2003年,全球的主要天文望遠鏡幾乎都指向了海山二。這是一次望遠鏡總動員,收集了大量關於海山二的科學資訊。哈勃望遠鏡拍攝了可見光波段的圖片。

紫外望遠鏡拍攝了紫外波段的圖片。

射電望遠鏡拍攝了氫氣團圖片。

斯皮策太空望遠鏡拍攝了紅外波段的圖片。

科學家們將這些圖片結合在一起,形成了一張壯觀的海山二全波段影像圖。

但科學家們很快又發現了一件意想不到的事情:居然還有一顆恒星環繞氣態星雲周圍旋轉。原來海山二不是一顆單獨的恒星,而是一個雙星系統。為了真正解開海山二的秘密,科學家們對它進行了長達15年的細致觀測。

2018年,著名的科學期刊【皇家天文學月刊】在八月刊上連發了兩篇重磅文章,作者是美國亞利桑那大學的內森·史密斯和太空望遠鏡科學研究所的阿明·萊斯特。這一次,科學界真正揭開了海山二的神秘面紗。

兩組科學團隊使用最新的技術,居然捕捉到了1840年海山二發出的光。當然他們並沒有時間機器啊,原理是這樣的:海山二爆發後的光在星際塵埃中不斷地被反彈,有的光在很多年後才到達地球,這種效應被稱為光回聲。

科學家們利用這些170年後到達地球的光,一點一點還原了海山二發生的一切。原來海山二不僅是一個雙星系統,它還有一顆隱藏的星,是一個三星系統。這個系統實在是匪夷所思。接下來,我們要橫跨300年的時光,講述海山二不為人知的故事。

第一階段,地球時間1730年,海山二系統中的A星進入了生命的晚期,它即將爆炸。A星開始不斷地膨脹,意想不到的情況發生了。環繞著A星的B星居然會吸星大法,開始吸收A星的質素。在這段時間裏,地球上的人開始看到海山二變亮了。隨著A星的物質不斷被剝離,在周圍形成了大量的氣體塵埃。海山二又開始變暗了。

然後進入到第二階段,A星的氦內核在靠近最外層的C星時,與其發生了重力作用,他們倆交換了位置。外層的C星被拉入到系統的內部,而A星被甩到了最外層。A星的軌域半徑非常大,在圖裏都看不見A星了,它要經過很多年後才能回來。

第三階段,地球時間1841年,B星與C星突然合並,這是一次偽超新星爆炸。B星的核心並沒有塌縮成黑洞,BC合星將相當於太陽質素十倍的物質送入到太空,噴射出的物質形成了一個巨大的雙葉結構,也就是在照片中形成的類似啞鈴形狀的天體。此時,地球上的人看到海山二發出了巨大的亮光,成為這一階段亮度的巔峰。隨後海山二開始變暗,這一過程持續了幾十年。

然後就進入到了第四階段。每隔5年,海山二的X射線會產生相同模式的變化。原來當初被B星吸走大部份物質的A星,每隔5.5年就會穿過BC核心的外層氣態空間,在行進的路上會產生大量的X射線,這就是X射線固定模式的由來。

最後進入到了第五階段,地球時間1940年。海山二第三度變亮,天文學家認為這是海山二即將爆炸的前奏。現在海山二BC核心是太陽質素的120倍,A星是太陽質素的三十倍,總系統質素是太陽質素的150倍。這是宇宙中極為少見的恒星質素,可以說大得嚇人。海山二一旦爆炸,它將形成一顆極超新星,並且形成一個巨大的黑洞。爆炸時的亮度會點亮整個銀河系。在夜晚的時候,它會接近月亮的亮度。人們甚至可以借著海山二的亮光看書。

海山二會在什麽時間爆炸呢?天文學家們推算,可能就在1萬年之內。在天文學的時間尺度上,1萬年是一個非常短暫的時間,這意味著海山二隨時都有可能爆炸。那麽,海山二爆炸後對地球會有什麽影響呢?

由於海山二距離地球有7500光年,理論上影響不會太大。但是,我們也不能完全放心,因為存在一個極端的可能性:如果爆炸時兩極噴射出的伽瑪射線恰好對準地球,那麽可能會摧毀地球的臭氧層。在4.45億年前的奧陶紀末期,地球就曾經經歷過這樣一次事件,當時一顆超新星的伽瑪射線爆發擊中了地球,導致了一次大規模的生物滅絕。如果這種情況再次發生,人類文明將面臨巨大的威脅。當然,這只是一個小概率事件,所以極端危險的可能性並不大。因此,大家不必過於擔心海山二的爆炸。