破解塔比星之謎:不是外星人的戴森球

出品：川陀太空

譯者：王善欽（加州大學伯克利分校天文系）

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題圖：Keck望遠鏡H波段拍攝下的塔比星（KIC 8462852，右）以及它的伴星（左）的圖像。來源：Boyajian et al. MNRAS, 457 (4): 3988–4004. https://arxiv.org/abs/1509.03622

幾年前，參與「行星獵手」觀測項目的一些天文學家分析了「克卜勒」太空望遠鏡（Kepler space telescope）的數據後，發現一顆距離地球1280光年、位於天鵝座方向的恆星的亮度在發生奇怪的變化。

這顆星被命名為KIC 8462852，也被命名為「塔比星」（Tabby's Star）或者「波雅吉安星」（Boyajian's Star），後者是因為耶魯大學天文系的Boyajian等人在2015年9月公布了一篇描述這個恆星的論文而得名，這篇論文於2016年發表於英國的《皇家天文學會會刊》。

塔比星是一顆稍大於太陽的、處於正常燃燒階段的恆星（即「主序星」）。這顆恆星的異常之處在於：它的亮度會產生異常的波動，最暗時比正常時暗百分之22，如下圖。

圖：2013年2月28日前後，克卜勒太空望遠鏡觀測到的塔比星的亮度變化曲線。2月28日那天的變化幅度最大，達到百分之22。Credit: John Passos

塔比星的亮度變化存在一定周期性，類似於太陽的周期性活動，例如，2017年5月開始到現在，塔比星的亮度又發生了多次周期性變化，但變化幅度只有百分之2到百分之3，如下圖。由於不同時期亮度減小的最大值不同、且變化周期不固定，這種周期性變化並不算嚴格的周期性變化，只能說是「準周期性變化」。

圖：2017年5月2日到10月4日，塔比星在r波段的亮度變化。Credit：Bruce L. Gary (&Tabby Team)

塔比星的奇特亮度變化引起很多學者的興趣，多種理論應運而生。這些理論可以粗略分為兩類：第一類理論認為，一些物質包圍了這顆恆星，導致恆星光度減弱。至於這些物質從何而來，又有多種說法。第二類理論認為圍繞這顆恆星的一顆行星上的外星人製造了一個物質殼，將恆星包圍住。

先說第二類理論。這個理論相當離奇，因為要製造出能夠有效阻擋恆星光的物質，需要的技術遠超過當前地球人的能力。幾十年前，著名的數學物理學家戴森（Freeman Dyson）就提出，有些掌握高端技術的外星人可以製造出一個球殼狀的物質雲，將恆星包圍住，以攔截住向外運動的恆星光，將其利用起來。這個假想中的球殼狀物質被人們稱為「戴森球」。因此，有些人認為塔比星的奇特的亮度變化行為就是戴森球導致的。

圖：戴森球的藝術想像圖。

最近發表的一項新研究，基本上將外星人戴森球的可能性排除了。這項研究由亞利桑那大學天文系的博士後Huan Y. A. Meng主導，多個機構的合作者參與，相關論文發表於10月3日出版的《天體物理學雜誌》（ApJ）。

這項研究使用了太空中運行的「雨燕」（Swift）衛星上的紫外-光學望遠鏡（UVOT）觀測紫外線亮度，使用太空中的斯必澤（Spitzer）紅外望遠鏡觀測紅外線亮度，使用比利時的68釐米反射望遠鏡觀測可見光亮度。

通過長時間觀測，研究人員發現塔比星發出的光的亮度在不同波段上的變化率不一樣。換句話說，紫外線亮度、紅外線亮度、可見光亮度在同一時期內變化的程度不一樣，紅外線亮度的下降比紫外線亮度下降得慢。

這個特徵意味著：遮擋恆星的物質由那些大小為幾微米的塵埃粒子構成，不能比這麼大的塵埃大，也不能比這麼大的塵埃小。因為比這麼大的塵埃更大的物質顆粒會導致光在所有波段上的下降速度相等，這與觀測不符合。而比這麼大的塵埃粒子小的粒子，會被恆星發出的光輻射吹散，無法長時間阻擋恆星光。因此太大的顆粒與太小的粒子，都不可能。

如果遮擋物是外星人建造出來的戴森球，其中的物質顆粒顯然是很大的顆粒，因此也就基本上被觀測排除了。當然，針對塔比星的戴森球理論也算死而不僵，因為人們可以假設那些外星人製造的就是幾微米大小的塵埃，組成雲團，構成物質環，阻擋部分陽光。因此，搜尋外星生命的天文項目，比如SETI（全稱：The search for extraterrestrial intelligence；「外星智慧生命搜尋」），依然可能繼續搜尋可能從塔比星那裡發過來的信號。SETI項目是加州大學伯克利分校天文系的行星科學家們發起的，前幾年，俄羅斯富豪尤裡·米爾納向這個項目捐了一億美元。SETI項目在過去幾年裡對塔比星的監測都沒有發現外星人信號（這是顯然的，不然早就轟動世界了）。

雖然依然可以認為塔比星的亮度變化可能由外星人引起，但是根據所謂的「奧卡姆剃刀」原則，我們可以說：既然可以用其他更自然的模型解釋，就不必假設外星人在設計一個戴森球。畢竟這個假設多了一個前提：存在文明高度發達的外星人。

因此，剩下的可能性就只能是宇宙中自然形成的粒子團了。Huan Y. A. Meng認為，塔比星的亮度降低是因為物質環的遮擋，而這個物質環是幾微米大小的顆粒組成的凹凸不平的雲團，這個雲團圍繞恆星旋轉的周期大約是700天。

圖：物質環遮擋塔比星的藝術想像圖。Credit：NASA/JPL-Caltech

至於這些塵埃顆粒如何形成，似乎還沒有一個統一說法。有的人認為這是一些破碎的彗星物質形成的；有些人認為這是恆星形成殘留下來的盤物質。未來，天文學家還會繼續深入研究這顆星發生變化的更具體的模型，但幾乎可以肯定的是，外星人戴森球模型已經被排除了。

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責任編輯：科羅拉多大學地球科學Dr. zhang

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這項新研究論文的網址：http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa899c/meta

要想免費下載，請下載Arxiv網站上的預印本：https://arxiv.org/abs/1708.07556

Boyajian等人首次系統描述這個恆星的研究論文的網址：

http://adsabs.harvard.edu/abs/2016MNRAS.457.3988B

要想免費下載，請下載Arxiv網站上的預印本：

https://arxiv.org/abs/1509.03622

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