本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
去年年底,“行星猎人”公民科学家小组发现了一颗非常普通的恒星,其行为非常奇怪——亮度时不时地下降,下降幅度差异很大,并且以一种混乱的模式进行。在一篇精彩的论文中,耶鲁大学的塔巴莎(“塔比”)·博雅吉安指出了这颗恒星所带来的可怕困境,这颗恒星位于天鹅座的西翼之下。因此,大家现在都称它为塔比星,而不是叫它那个容易被遗忘的目录名称 KIC 8462852。(塔比本人曾试图给这颗恒星起一个昵称“WTF 星”,作为 “Where's The Flux?” 的缩写。“WTF” 更常见的用法也适用。)她甚至还就此做过一次 TED 演讲。
我第一次听说塔比星,是一位窃笑的同事走进午餐室,并传阅了一些塔比的图表。我所能做的就是一脸困惑和目瞪口呆。房间里的天文学教授们都拥有极其广泛和深入的经验,但我们中没有人见过任何与之类似的东西。
塔比的基本图表是一条光变曲线,它衡量亮度随时间变化的函数。她为期 4 年的光变曲线来自美国国家航空航天局的开普勒太空望远镜,该望远镜已经以其光变曲线的准确性和可靠性而闻名。开普勒的图表基本上是平坦的,这意味着这颗恒星的亮度是恒定的,除了通常由有星斑的自转恒星所产生的小周期性调制外。
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关键在于,塔比星的光变曲线偶尔会出现下降,而且这些下降与以往所见过的任何情况都不同。也就是说,这颗恒星的亮度在通常情况下会一次下降一点,持续一天左右。大约有十次,恒星亮度下降了 0.2% 到 8%。其中两次下降使恒星亮度分别下降了 16% 和 21%。基本下降的持续时间约为 1-3 天,但在长达约 100 天的光变曲线中存在结构。这些下降是非周期性的。
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现在,塔比星本来是一颗普通的 F3 主序星。它比我们的太阳(5800°K)热一点(6750°K),也大一点(比我们的太阳大 1.58 倍)。光谱没有显示发射线,只有通常预期的吸收线。我们无法探测到塔比星附近有双星伴星。这只是一颗平淡无奇的普通恒星。除了那些下降...。
天文学家对大型燃烧的气体球非常了解,并且有很高的把握认为,单独的 F3 主序星在数百万年内的任何时间尺度上,其变化都不可能超过 0.01%。 (嗯,除了超耀斑,而这些不是。)此外,光变曲线的下降不受已知的恒星自转的调制。因此,下降并非来自底层的恒星。
这迫使我们认为,它们只能是由于某些东西穿过视线,阻挡了背景星光(技术术语是“掩星”)。毕竟,“行星猎人”明确地寻找的就是这种情况,即当一些轨道行星经过前方时掩盖了恒星(其术语是“凌星”)。但是行星凌星的幅度总是非常小(小于 1% 左右),并且是周期性的。任何随机穿过塔比星前方的东西都不是行星。
最深的下降使恒星亮度下降了 21%,因此,任何掩盖星光的东西肯定覆盖了至少 21% 的恒星面积。这意味着该天体、云或结构必须略小于恒星半径的一半——也就是我们太阳的 70% 的大小。无论它是什么,它可能是固体的(像行星)、气态的(像恒星或气云)或像尘埃云之类的东西。
问题在于,任何这样的想法都要求所有这些东西应该发射大量的红外光。它应该足够明亮,能够很容易地在主恒星正常的预期红外光之上被看到。在天文术语中,塔比星没有任何多余的红外光。
那么,是什么挡住了塔比星的光线呢?嗯,天文学家的本能反应是尝试构建某种模型来解释观测结果。我们都一直在抛出各种想法。问题在于我们的想法都因为缺乏红外过剩而受挫。我们可以想象有耀斑边缘的吸积盘,或具有不可思议轨道的复杂多星系统,或巨大的超大彗星流,或尘土飞扬的小行星碰撞。但是所有这些都需要红外过剩。这包括这样一种建议,即亮度下降可能是由某种部分建造的人造“戴森球”引起的,该结构是由一个非常先进的文明围绕恒星建造的。但是,任何围绕恒星的大型假想结构也必须在红外波段发射大量光,因为它们必须将从主恒星截获的巨大能量辐射出去。热力学定律也适用于它们。
因此,剩余可行的模型现在已经减少到...零。天文学家对于如何解释塔比星的下降没有任何合理的想法。但是我们知道下降是真实的,因为开普勒太空望远镜具有非凡的准确性和可靠性。因此,我们有了一个谜。而且我思考了很久,也想不出有什么恒星比塔比星更神秘的了。
当面对非常成熟的理论(即 F3 主序星不应该有这种下降)中的这种异常时,可能会出现我们正在看到一些全新的、意想不到的现象的第一个例子的可能性。这总是令天文学家兴奋的。谁知道塔比星正在指向什么惊人的奇迹呢?
那么,如何进行下一步?嗯,在没有下降发生时观察恒星,不太可能告诉我们任何比我们已经计算出的背景信息更多的东西。因此,前进的唯一方法是在下降过程中抓住塔比星。
我最想看到的是塔比星在下降过程中的良好光谱。星光散布成精细的颜色渐变,应该告诉我们产生掩星的任何物质的性质。如果掩星器是某种尘埃云,那么蓝色光的变暗程度将最大,红色光的变暗程度将最小,并且各种颜色的相对变暗程度将以已知和特征性的模式进行。如果这种尘埃云中混有气体,那么我们还应该在已知的颜色处看到特征性的吸收线,从而给出气体的成分,并揭示云的起源和性质。如果光线阻挡器是固体的,那么所有颜色都会变暗相同的量。如果主恒星上存在某种恒星活动,我们甚至可能会看到一些发射线。因此,在下降期间只需要一个良好的光谱,我们就会知道掩星器的性质。
但是这里存在一个实际问题,因为塔比星在开普勒观测的四年时间里总共只有几个星期处于下降状态。下降的时间是混乱的,因此我们无法预测何时会发生任何即将到来的下降。因此,在下降期间获得光谱的唯一方法是对恒星亮度进行几乎连续的监测——并且,当它开始进入下降时,发出全球警报。有了这样的警报,某个地方的天文台将能够在一天左右的时间内获得良好的光谱。
因此,这个问题简化为连续监测塔比星,达到几乎每小时的水平,直到它再次进入下降状态。该计划需要大量的望远镜时间。现在,这对于分布在北半球周围的机器人望远镜来说才是现实的。
幸运的是,拉斯坎布雷斯天文台全球望远镜(LCOGT)网络非常适合这种情况。LCOGT 在北半球的四个地点拥有出色的机器人望远镜(两个地点位于加利福尼亚州圣巴巴拉总部附近,一个位于夏威夷的哈雷阿卡拉山,一个位于加那利群岛的特内里费岛,一个位于德克萨斯州的麦克唐纳天文台)。有了这种覆盖范围,塔比星可以在一年中的大部分时间里,近乎 24/7 地受到监测。
但是,在 LCOGT 上购买时间需要资金。这种监测项目与美国国家航空航天局或国家科学基金会的科学支持的通常计划能力不太相符。几十年来,政府资助一直是美国科学卓越的驱动力。但是,监测塔比星是一个有风险的提案,没有保证的回报,因为可能在很长一段时间内都不会有任何下降。
因此,作为一名现代人,塔比一直在寻找其他现代资金来源。这促使她发起了一项Kickstarter 活动。其想法是通过众筹资助 LCOGT 监测计划。她希望在 6 月 17 日之前筹集到 100,000 美元。(我不会从任何捐款中获得个人利益,因为它们不会资助我自己的任何研究。)
如果您想帮助解决塔比星的谜团。我敦促您考虑帮助 Kickstarter 计划。我已经捐款了。