外星人是否在 Boyajian 星周围建造了巨大的结构？

2014 年秋季的一个宁静的下午，正当树叶从绿色变成金色时，塔贝莎·博亚吉安访问了我们在宾夕法尼亚州立大学的天文学系，分享一项非同寻常的发现。那片处于转型边缘的风景，成为了我们职业生涯转折点的一次会议的恰当背景。当时是耶鲁大学博士后学者的博亚吉安，标记了一颗由 NASA 的行星猎手开普勒太空望远镜监测的恒星发出的无法解释的光线波动。这些波动看起来完全不像行星从恒星和望远镜之间经过时引起的波动。她已经排除了其他可能的罪魁祸首，包括开普勒硬件中的故障，并且正在寻找新的想法。我们中的一位（赖特）提出了一个非常非正统的想法：也许亮度波动是由外星技术引起的。

在 20 世纪 60 年代，物理学家弗里曼·戴森假设，先进的、能源需求旺盛的文明可能会用太阳能收集器（后来称为戴森球体）包围它们的母恒星，以吸收几乎所有恒星的光线。这颗正在衰落的恒星是否是第一个证据，表明其他宇宙文明不仅仅是科幻小说？这个离奇的想法是最后的假设，但在当时，我们无法排除它。

这颗让博亚吉安感到困惑的恒星——现在正式被称为博亚吉安星，俗称塔比星——吸引了天文学家和公众的目光。与所有伟大的谜团一样，它也产生了看似无限多的可能解决方案——但没有一个能完全解释这些奇怪的观测结果。无论是什么原因造成的，都可能超出了已知天文现象的范畴。

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从开普勒的宝库中挖掘出来

在开普勒于 2009 年发射之前，大多数行星猎手都执着地逐个揭示新的系外行星（绕其他恒星运行的行星），就像渔民从海里拉出一条条鱼一样。开普勒的出现就像一艘拖网渔船，一次捞起数千个新的世界。

四年来，这台望远镜持续观测银河系一小块区域内的恒星。它在寻找行星“凌星”，即幸运对齐的世界穿过它们宿主恒星的表面，并阻挡从地球上看到的一小部分星光。随着时间的推移绘制图形，恒星的亮度由所谓的“光变曲线”描述。如果没有凌星行星，曲线将类似于一条水平线。如果加入一颗凌星行星，那么光变曲线现在将包括 U 形的下降，每次轨道天体阻挡恒星光线时，这些下降都会像时钟一样重复出现。下降的持续时间、时间和深度传达了关于行星本身的信息，例如它的大小和温度。

在开普勒调查的 15 万多颗恒星中，只有一颗——在开普勒输入星表中的编号之后被称为 KIC 8462852——显示了一条无法解释的光变曲线。“行星猎手”公民科学项目的成员是第一个注意到它的，当时他们搜寻开普勒的数据，寻找被专业天文学家自动行星搜寻算法忽略的凌星世界。KIC 8462852 显示了看似随机的类似凌星的星光下降，有些持续几个小时，另一些持续几天或几周。有时恒星的光线变暗约 1%（这是最大的凌星系外行星的特征），但其他时候则骤降高达 20% [见下图]。任何可以想象的行星系统都无法产生如此极端和可变的光变曲线。

这些公民科学家感到困惑，他们通知了博亚吉安，她是负责“行星猎手”项目团队的成员。2016 年，他们在同行评审的期刊文章中向世界介绍了这颗恒星及其谜团，文章的副标题是“通量在哪里？”（博亚吉安称 KIC 8462852 为“WTF 星”）。

多方面的奇怪之处

博亚吉安星还有更多令人惊讶的地方。在 WTF 论文发表后，路易斯安那州立大学的天文学家布拉德利·谢弗根据档案数据声称，博亚吉安星在过去一个世纪里变暗了 15% 以上。

这一说法是有争议的，因为如此长达数十年的变暗似乎几乎不可能。恒星在诞生后的数十亿年里都保持几乎相同的亮度，只有在临终前才会发生快速变化。这些“快速”变化发生在数百万年（而不是数十亿年）的时间尺度上，并且伴随着博亚吉安星所缺乏的明显标记。根据所有其他测量结果，它是一颗不起眼的中年恒星。没有证据表明它是一颗变星，以有规律的节拍脉动。也没有迹象表明它正在从一颗伴星吸积物质，没有异常磁活动的迹象，也没有理由认为它可能还年轻并且仍在形成中——所有这些现象都可能迅速改变它的亮度。事实上，除了它的异常变暗之外，这颗恒星看起来完全普通。

然而，当天文家本杰明·T·蒙特和约书亚·D·西蒙用最初的、不太为人所知的开普勒校准数据进行检查时，谢弗的说法得到了证实。他们发现博亚吉安星在为期四年的开普勒任务中变暗了 3%，这种影响与较短期的下降一样非同寻常。

我们现在必须解释与博亚吉安星相关的两个令人费解的现象：至少四年（可能在过去一个世纪里）的缓慢变暗，以及持续数天或数周的深度不规则下降。虽然天文学家更希望对两者都做出单一解释，但每个现象本身都难以解释，并且当与其他现象一起考虑时，更难解释。

许多答案，但没有一个有说服力

在这里，我们考虑一些最常被提出的情景来解释博亚吉安星的奇异观测结果。我们将根据每种情景对观测结果的解释程度来判断，并对该理论正确的可能性提供我们的主观评估。

尘埃和气体盘

博亚吉安星的不规则下降和长期变暗确实在其他地方也可见——在行星仍在形成的非常年轻的恒星周围。这些恒星被恒星光线加热的星周盘带环绕，这些星周盘在形成行星时会形成团块、环和扭曲。在边缘看到的星盘中，这些特征可以短暂地使恒星的光线变暗，而摇摆不定的星周盘可以在数十年和数百年内阻挡越来越多的恒星光线。

这颗恒星是中年恒星，而不是年轻恒星，而且显然没有星盘。星盘会像任何温暖的东西一样，以额外的红外辐射形式辐射热量，但博亚吉安星没有显示出这种过量。可能是尘埃和气体存在于围绕恒星蔓延的非常薄的环中，因此该环阻挡了我们视线方向的星光，而不会产生太多的红外过量。从未在中年恒星（如博亚吉安星）周围观察到过这种环。由于这种情况只能通过调用前所未有的现象来解释博亚吉安星，因此我们认为它非常不可能。

彗星群

博亚吉安最初的假设是，凌星的巨型彗星群导致了恒星的变暗。毕竟，彗星大部分时间都远离它们的恒星，并且具有高度偏心的轨道，这可以解释变暗的不规则性。但是缺乏热量呢？彗星在接近博亚吉安星时肯定会升温，并在离开时迅速失去热量。因此，只有在下降期间才能检测到任何红外过量。我们现在没有检测到红外过量，但如果几年前导致下降的彗星现在离恒星很远，很冷并且没有散发出可检测到的热量，那么这种缺失是有道理的。即便如此，任何也可能导致神秘的长期变暗的彗星群都必须非常大，不可避免地会产生红外过量，如上所述，这是缺失的。

因此，我们的结论是，彗星解释对于下降是合理的，而对于长期变暗则非常不可能。不过，合理的推论是，如果彗星没有导致长期变暗，那么它们可能也没有导致下降。

星际介质或太阳系中的云

星际空间散布着气体和尘埃，会减少星光。也许一片介于中间的云或致密的物质片阻挡了不断变化的光线比例，因为开普勒的视线在望远镜绕太阳运行期间穿过它的不同部分。这样的云可能具有密度梯度，会在很长的时间尺度上使博亚吉安星变暗，并且还有可能导致极端短期下降的小物质结。

美国海军天文台的瓦莱里·马卡罗夫和他的同事阿列克谢·戈尔丁的工作在一定程度上支持了这一假设。他们认为，一些归因于博亚吉安星的较小光线下降实际上是开普勒视场中较暗的相邻恒星的深度亮度下降，可能是由星际空间中微小而密集的云或彗星群引起的。我们主观地认为这个假设是合理的。

一个相关的假设表明，遮蔽云可能位于我们太阳系的外围。在那种情况下，开普勒绕太阳运行的轨道将使该航天器的视线每年穿过这样一片云，但我们没有看到博亚吉安星的下降有年度重复性。此外，目前没有理由认为存在这样的云。虽然人们可以想象一块由冰和蒸汽组成的云从离太阳更远的类冥王星天体上的间歇泉中升起，但在行星科学家权衡这个假设之前，我们认为它可能是可以想象的，但不太可能。

恒星固有的变化

当恒星开始耗尽其核心的燃料供应时，亮度确实会发生变化。但这发生在数百万年的时间尺度上，而不是数百年或数天，并且发生在恒星生命的末期，而不是中期。在我们的太阳上经常看到的自然现象，如太阳黑子和耀斑，会在较短的时间尺度上改变恒星的亮度。如果博亚吉安星的内部物理过程固有的亮度变化可以解释不规则的下降和长期变暗，我们可能不需要调用额外的轨道物质。

最近，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的穆罕默德·谢赫和他的同事们统计分析了短期下降的时间、深度和持续时间，发现它们的分布符合“幂律”，这是连续相变的特征（例如磁铁在外部磁场存在下重新排列自身）。他们认为，这种分布可能暗示博亚吉安星的下降是由它处于内部转变的边缘引起的，例如其磁场的全局翻转。

但是，像博亚吉安星这样的恒星从未表现出过这种活动。事实上，这颗恒星似乎太热了，无法拥有产生较冷恒星（如我们的太阳）内部磁效应的那种恒星发电机。最成问题的是，恒星磁场无法产生我们看到的长期变暗。

哥伦比亚大学天文学家布赖恩·梅茨格和他在那里以及加州大学伯克利分校的同事们，详细阐述了一个更可行的解释，即一颗行星或褐矮星与博亚吉安星发生了碰撞。碰撞会导致恒星暂时变亮——而我们看到的长期变暗将是恒星恢复正常亮度。这种情况自然无法解释不规则的下降或蒙特和西蒙在开普勒校准数据中看到的变暗的详细形状，但未来的研究可能会解决这些问题。

由于这些原因，我们对合并情景的结论是有些合理，而对于其他调用固有亮度变化的解释则非常不可能。

黑洞

公众提出的一个常见想法是，一个恒星质量的黑洞在博亚吉安星周围的近距离轨道上运行可能会阻挡恒星的光线。然而，这个假设在三个方面失败了。首先，由于这样的黑洞会在天空中来回拉动恒星，它会产生一个容易检测到的摆动——博亚吉安的团队寻找过但没有检测到的摆动。其次，恒星质量的黑洞在尺寸上远小于恒星，因此其中一个黑洞只会阻挡恒星光线中极小的一部分。事实上，黑洞强烈的引力场会适得其反地放大背景恒星的大部分光线，而不是完全阻挡它。第三，当黑洞吞噬气体和尘埃时，它会将落入的物质加热到如此高的程度，以至于它会在所有波长上发出明亮的光芒。如果在我们和博亚吉安星之间真的有一个黑洞，我们预计会看到变亮，而不是变暗，而我们肯定没有看到变亮。所以，没有黑洞，对吧？

嗯，不完全是。一个可能的解决方案涉及一个遥远的、自由漂浮的黑洞，漂浮在博亚吉安星和我们之间。想象一下，这样一个黑洞被一个宽阔而冷的物质盘环绕——就像土星环，但比我们整个太阳系都大——并且这个盘拥有一个几乎透明的外部区域和一个更密集的内部区域。这样一个盘可能会导致博亚吉安星的长期变暗，因为它的几乎不可见的外部区域，然后是其密集的内部区域，在过去 100 年中漂移穿过我们的视线。恒星的不规则下降可能是由凌星盘中的环、间隙和其他子结构投下的阴影。这样一个黑洞（及其假设的盘）将逃脱博亚吉安的高分辨率成像努力，因为它本身不会发光。

由于我们缺乏观测证据表明黑洞拥有寒冷、广阔的盘，因此这种情况可能看起来有点牵强。但理论家预测，这种盘是超新星的副产品，超新星可以产生恒星质量的黑洞。此外，统计估计确实表明，这样一个黑洞可能在开普勒四年调查期间，至少从开普勒监测的 15 万颗恒星中的一颗前面经过。我们主观地认为这个理论有些合理。

外星巨型结构

在检查了博亚吉安星奇异行为的许多自然解释，并发现它们不足后，我们现在可以考虑最耸人听闻的可能性——外星巨型结构，类似于戴森半个多世纪前描述的那样。

想象一下，一个外星文明建造了大量的能量收集面板，并且这些面板具有各种尺寸和围绕恒星运行的轨道。较小面板群的综合效应是，它们像半透明屏幕一样阻挡了恒星的部分光线。

当更密集的面板群进入和离开我们的视线时，我们可能会看到从几小时到几百年的尺度上的亮度变化。正如天文学家卢克·F·A·阿诺德在十多年前首次指出的那样，特别大的面板或成队飞行的面板组——甚至可能比恒星本身更大——会因其几何形状在凌星时引起巨大的、离散的下降。

与星周盘假说一样，缺乏红外辐射是一个问题。即使是外星巨型结构也必须遵守基本物理学，因此它们拦截的任何来自星光的能量最终都必须以热的形式辐射出去。无论它们的技术多么高效，这个要求都成立。能量不会被摧毁，所以如果它们收集了很多能量，从长远来看，它们也必须摆脱很多能量。

仍然有办法使这个假设成立：巨型结构群可能会将收集的能量以无线电或激光信号而不是热的形式辐射出去；它可能不会形成球形群，而是一个与我们的视线精确对齐的环；它可能会使用超出我们物理学理解的技术，这种技术根本不发热。由于无数的未知数，这个假设非常难以检验。

如果所有自然假说都被排除，外星巨型结构假说就必须被认真考虑。或者，如果我们探测到明显的人工无线电信号从博亚吉安星附近发出——我们已经开始使用西弗吉尼亚州的绿岸望远镜与博亚吉安一起进行搜索——这将为它找到支持。目前，我们对解释博亚吉安星的最耸人听闻的假设的结论是，它的合理性尚不清楚：我们只是不了解足够的信息，无法对假设的外星生命的行为做出定性的可能性评估。

未知但光明的未来

这使我们在试图理解博亚吉安星方面处于什么位置？

我们可以排除任何需要过量红外能量的解释，因为没有观察到红外能量过量。我们也可以拒绝需要许多小概率事件或调用我们从未见过的物理学或物体的场景——至少在所有其他选项都被排除之前。

前进的最佳途径是更多的事实调查。博亚吉安现在是路易斯安那州立大学的助理教授，她利用公众对这颗恒星的迷恋，成功地发起了一项众筹活动，为我们在拉斯昆布雷斯天文台全球望远镜网络上购买了时间。2017 年 5 月 20 日，这种额外的监测得到了回报，当时恒星的亮度再次开始下降，这次下降到比平时亮度低近 3%。世界各地的天文学家自愿贡献劳动力和望远镜时间来监测整个电磁频谱中的恒星，使我们能够获得在开普勒任务观测到的下降期间我们缺乏的光谱信息。我们希望这些数据将帮助我们排除这里的一些情景，并可能产生新的假设来解释它们。

其他天文学家正在寻找更多关于恒星亮度的档案测量数据，以更多地了解其长期变暗。了解变暗的时间尺度将进一步限制关于恒星奇怪光变曲线的理论，并提高我们寻找更多观测线索的知识。

我们也在等待对博亚吉安星距离的更好测量——这将由欧洲航天局的盖亚任务提供——这应该有助于消除一些假设。如果这颗恒星比 1300 光年更近，那么来自星际介质中气体和尘埃的消光就无法解释当前的变暗程度。相反，如果距离约为 1500 光年（目前最好的估计），那么长期变暗可能是由于视线方向上偶然的介质尘埃模式。但是，如果这颗恒星比这远得多，那么它就比以前认为的要亮得多——那么变暗可能是梅茨格团队提出的合并后恢复正常。

除非并且直到更多信息涓涓细流般涌入，否则我们对博亚吉安星的推测仅受我们的想象力和健康的物理学知识的限制。就像自然界中最好的谜题一样，揭开这颗神秘恒星背后真相的旅程远未结束。