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2016-7-12

找寻历史星表中失落的星辰

归档于: 天文空间科学 @ 4:56 pm

人类编纂星表的历史可以追溯到古代,而这样的工作在近代天文学兴起之后更是方兴未艾。但除了精度、极限星等和覆盖天区之外,这些林林总总的星表之间有无明显的不一致之处?来自瑞典Uppsala大学的Beatriz Villarroel等人最近就比对了2003年发表的美国海军天文台B1.0(USNO-B1.0)星表以及后来的斯隆数字巡天(SDSS)数据,发现前者真的含有一个不存在SDSS对应体的星点。虽说Villarroel et al. (2016)打着以此搜索高级地外文明的噱头,但这一发现本身似乎更加值得玩味。

这项工作的动机非常科幻。克拉克第三定律称,“足够先进的科技与魔法无异”。无数科幻作品曾经以这个概念为基础,演绎出了一系列传奇的故事。而对于严肃的科学研究来说,如果看到了一个天体表现出了极其反常的现象,如某星系在较短时标内发生快速的光度、形状或红移改变以至于完全消失,在排除了各种可能的物理原因之后,将其视作高等文明所为也不失为一种小概率的可能性。就在今年春天,Lacki (2016)分析了普朗克卫星的致密源数据,提出有能力建造星系级戴森球的Kardashev III型文明在可观测宇宙中就算存在,也是极其稀有的。更早些时候,针对广域红外巡天探测者卫星数据的考察也得出了类似结论。

“先进的科技等同于魔法”在科幻影视中的一个范例,《巴比伦5号》中的科技魔法师,借助基于远古先进文明技术的植入物实现魔法般的效果。鉴于该片特效实在渣,还是找张艺术画算了……(原作:Technomage Uncloaked II by Pet Serrano

在恒星级尺度上,人类尚未认识到的先进技术可能会造成的现象也有些类似,如令某恒星未经任何爆发现象就彻底隐匿,又或者是像去年被热炒的KIC 8462852那样出现了诡异的光变(必须说明的是,这个例子其实存在更加平凡,因而可能性更大的解释,也就是彗星群凌星,何况其缺乏红外超也对戴森球假说非常不利)。而且就文明发展的角度来看,影响范围更小、所需科技水平相对更低的恒星级文明也应该比能够影响整个星系的Kardashev III型文明更常见才对,所以就有了Villarroel等人比对星表寻找失落星辰一事。当然,将奇特现象诉诸地外文明只是不得已的最后一招。前人已经进行过类似的尝试,来搜索邻近星系中的失败超新星,还真的发现了两个疑似样本。只是此等未能全面绽放而直接坍缩成黑洞的天体爆发对前身星质量有着严苛的限制,只是太阳的18到25倍这样一个狭窄的范围。如果存在其他质量的失落恒星,尤其是小质量暗星,就必须要求助于其他途径来理解。

分别在NGC 4639(上)和NGC 3021两个星系中找到的失败超新星候选体,图中展示了相应位置在几年时间里的变化,可见十字丝所指的恒星原先清晰可见,但在后来的观测中基本消失了。由于它们的质量都符合失败超新星的要求,可以认为二者未经光学明亮的超新星爆发,直接坍缩成了恒星级黑洞。(图片来源:Reynolds et al. 2015

Villarroel等人用到的USNO-B1.0星表中收录了亮于21等的10亿个天体的信息,提供了完备的恒星数据。该星表的编纂标准之一是相应天体出现在了分别于1950-1966年以及1977-1999年间两次帕洛玛巡天的底片上,而且自行可以忽略。这样小行星、彗星等太阳系内天体就被排除在外,而且还最大可能地减少了偶然现象的干扰。而他们使用的SDSS数据,在观测时间上与第二期帕洛玛巡天大致相隔十年,在覆盖天区上与USNO-B1.0有所重叠,这样就提供了第三个参考观测时间。只要比较USNO-B1.0与SDSS二者,就可以探明某些天体在数十年内亮度的可能变化了。

自然,比对时还有一些技术问题要加以注意,如亮度接近极限星等的星点很容易因为本身的微弱光变或历次观测之间的灵敏度和天光背景差异在后来的星表中消失或出现;新星等激变变星也会导致相同的变化。所以这次研究者只考虑了在两次帕洛玛巡天之间星等变化不足1σ(约合0.25等)的星像,而对暗星也要多加留意。

通过SDSS的自动交叉比对功能,Villarroel等人先筛选出了148个可疑对象,它们在USNO-B1.0中有收录,但在SDSS图像的对应天区附近并无显著对应体。由于USNO-B1.0只记录小自行天体,简单认为在几十年间这些目标的位置发生了移动是不太可行的。不过这148个天体亮度普遍较暗,r星等多半在19等左右。为了查明其究竟是真正的失落恒星还是仪器噪声,Villarroel等人还要进一步排除帕洛玛巡天与SDSS中虚假的正负探测。

来自帕洛玛巡天的虚假正探测(而且还需要是持续的虚假正探测)主要是由亮星周围的衍射晕贡献的,前人已经提供了相关算法来辨别此类缺陷,148个可疑目标中只有少数几个可以归因于此。虚假负探测的成因主要是信号相对背景噪声较弱,或是扣除天光背景期间存在问题。因此研究者检查了两期帕洛玛巡天的原始影像,发现大多数可疑目标都在第一次巡天中不可见,或是只有无法与噪声区分的弱信号,大体能够从失落星辰中被排除掉(只是两期巡天均将其视作正探测的原因倒值得进一步探讨)。这样就只剩下了少数几个在两次巡天期间均被清晰拍下的目标天体了。而考虑SDSS计划以河外暗弱目标为主,极限星等的影响还没有早期巡天那样严重。不过大约1成的可疑对象在帕洛玛和SDSS巡天之间存在显著的坐标偏差,也有一些在之前的巡天中清晰可见,但在后来的影像里只剩下探测器缺陷甚至一无所有的目标。

疑似失落恒星USNO-B1.0 1084-0241525的两期帕洛玛巡天图像。其中左为第一期图像,右为第二期图像,上为原始图像,该天体的位置以方框框出,下为方框部分的放大图。(图片来源:Villarroel et al. 2016

经过数轮筛查,一个无法归结为观测误差的暗天体最终浮出了水面。它在USNO-B1.0中的编号是1084-0241525,红光星等在19.8等左右,蓝光星等更暗一些,是接近帕洛玛巡天极限的21等多。其坐标是赤经14时57分36.57秒,赤纬+18d度25分02.10秒,并不存在自行。USNO-B1.0 1084-0241525在帕洛玛巡天第一期数据中较为清晰,而在第二期红光图像中仍旧勉强可见。到了相隔十来年拍摄的SDSS图像中,它完全消失了。在2009-2010年间进行的帕洛玛暂现源工厂巡天中,这个奇怪的天体也毫无踪影。

SDSS的同天区反色图,其中右图是左图方框区域内的放大图,可见在帕洛玛巡天天体的对应位置空无一物。(图片来源:Villarroel et al. 2016

如果说USNO-B1.0 1084-0241525只是在可见光波段消失,却释放出了大量的红外光,这或许是过去几十年间环绕它的地外生命建造戴森球的有力佐证。但2MASS、WISE、AKARI、VizieR等红外巡天数据库都不支持这种激进的观点,故而它“消失”的可能性还是以自然原因为主,如极端的激变变星、食双星,甚至是暗弱类星体的活动等。

现在最大的疑点要数第二次帕洛玛巡天数据给出的该天体暗弱光度,这为它的真实性打上了一个问号。为了弄清这颗失落恒星的真身,我们要进行更多的后续工作。倘或USNO-B1.0 1084-0241525又在日后的观测中浮出了水面,那么在第二期帕洛玛巡天与SDSS的间隔期内,这一天体真正消失不见的概率只有百万分之一。这个数字也许对约束高级文明的存在有一些意义,说明很可能还有更多类似的人为星体消失现象躲过了我们的注意力。

若要发现更多的失落恒星样本,针对更多时间跨度更大的星表的比对是不二之选。这种分析显然耗时耗力又难以预料最初产出,让专业天文学家从事实在有些划不来,所以类似星系动物园这样针对普通人的全民科学项目可能是更好的出路,Villarroel等人在论文最后也确实希望相关人士可以开发此等平台。而未来规模更大的巡天有望全面挖掘交叉比对的潜力,找出更多在历史星表中存在,却在当代观测中消失的恒星(甚至是星系)。以此就算找不到地外文明,对于认识天体也是大有裨益的。

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