從“一像素”中尋獲雙星

這張藝術(shù)概念圖描繪了一個遙遠(yuǎn)的“太陽系”，它和我們的太陽系很像，但有一個很大的不同，即它圍繞兩個太陽在運(yùn)行。圖片版權(quán)：NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

有天，納曼·巴賈杰坐在辦公室里，盯著那些寶貴的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是他已發(fā)表的三篇論文中的最后一篇的關(guān)鍵。這三篇論文試圖回答一個復(fù)雜的問題：為什么有些正在形成行星的盤狀物質(zhì)會“爬”向它們自己的恒星？這三項研究扎實、有趣，而且最重要的是，已經(jīng)完成了。

但在給研究畫上句號之前，巴賈杰決定再仔細(xì)挖掘一下詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡傳回的數(shù)據(jù)，看看它們還能提供什么價值。然而，他萬萬沒想到，這竟會為他打開另一扇新發(fā)現(xiàn)的大門。

“我的導(dǎo)師因開會離開了一個月，我當(dāng)時就是在擺弄這些數(shù)據(jù)，心想著還能做點(diǎn)什么？這些數(shù)據(jù)還能告訴我們些什么？”亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家巴賈杰稱。

很快，他就有了一項驚人的發(fā)現(xiàn)。他的團(tuán)隊已經(jīng)花了大量時間研究的一個恒星目標(biāo)，其實是一個雙星系統(tǒng)——只是之前沒人注意到。我們時常被提醒，宇宙是如此浩瀚，以至于像兩顆恒星互相繞轉(zhuǎn)這樣巨大得難以想象的事物，也可能被忽略。

“我們看的這張圖像里，一個像素就代表14個天文單位（AU），”巴賈杰說。做個對比，1個天文單位（AU）就是地球到太陽的驚人距離——約9300萬英里（1.5億公里）。從某種角度說，人類能計算出這個數(shù)據(jù)本身就已經(jīng)非常了不起了。

來龍去脈

要理解巴賈杰如何得出他的結(jié)論，得先回想一下前三篇論文。它們都關(guān)乎恒星周圍充滿物質(zhì)的盤狀結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。行星正是從這些盤中的巖石或氣體“種子”里成長起來的，所以科學(xué)家們對它們非常感興趣。更具體地說，巴賈杰和他的團(tuán)隊當(dāng)時正在苦苦思考，為什么盤中的物質(zhì)有時會掉落到中心的恒星上。

“比如說，”巴賈杰說，“地球繞著太陽轉(zhuǎn)，但它并沒有掉到太陽上，因為它一直在軌道上運(yùn)行?！备鶕?jù)艾薩克·牛頓提出的物理定律，如果一個物體的軌道不受干擾，它不應(yīng)該無緣無故地改變軌跡。所以，研究團(tuán)隊推測，也許有什么東西在干擾這些向內(nèi)墜落的物質(zhì)。比如說，如果這些物質(zhì)失去了一些角動量，一切就說得通了——但要做到這一點(diǎn)，它們或許需要損失一些質(zhì)量。那么，質(zhì)量是怎么損失的呢？

這就是巴賈杰和其他研究人員著手要回答的基本問題。

簡而言之，團(tuán)隊的第一篇論文證實，強(qiáng)烈的“風(fēng)”可以將物質(zhì)從盤上垂直向上吹走。第二篇論文旨在計算有多少物質(zhì)通過從盤中噴射出的噴流（類似于風(fēng)，但速度更快、范圍更窄）高速流失。而第三篇則主要是為了將前兩篇聯(lián)系起來，比較通過風(fēng)流失的質(zhì)量和通過噴流失的質(zhì)量。但巴賈杰在他最終的數(shù)據(jù)集里發(fā)現(xiàn)了一些可疑之處。

關(guān)于高能噴流（與盤有關(guān)）的研究是基于金牛座恒星形成區(qū)（距地球約457光年）的四個候選恒星。其中有一個候選星的噴流看起來……有點(diǎn)過于完美？它編號為 TAU 042021。

“這個特殊的物體很突出，因為它非常對稱——我認(rèn)為這可能是我們目前見過的最對稱的噴流案例了，”他說?！澳芙忉屵@種對稱性的唯一方式就是它是個雙星系統(tǒng)?！?/p>

對稱性說明了一切

這里所說的“對稱性”，指的是從一個物體噴射出的噴流，形成上下對稱的兩個瓣。

“如果噴流的兩邊互不相干，比如隨機(jī)運(yùn)動，那它什么也說明不了——那很可能是周圍環(huán)境造成的，”巴賈杰說?！暗?dāng)你發(fā)現(xiàn)某種對稱性，或者哪怕是反對稱（也是一種對稱），那它就在告訴你更多信息?！?/p>

圖片來源：N. S. Bajaj

“如果盤本身發(fā)生了任何事情，你看到會是點(diǎn)對稱，”巴賈杰補(bǔ)充道?！八鼈儽举|(zhì)上總是完全相反的——但如果你有一個雙星系統(tǒng)，會發(fā)生什么？”

這種特殊的對稱性告訴巴賈杰，他在 TAU 042021 看到的噴流，極有可能根本不是來自那顆恒星的行星盤。它很可能是從環(huán)繞原恒星運(yùn)行的另一顆恒星噴射出來的。

“我的第一反應(yīng)是，‘哦，這太棒了，’”巴賈杰說?！皬哪撤N意義上說，這算是我自己的第一個發(fā)現(xiàn)，所以我非常興奮——但同時我又想：‘但我懂得多少呢？’”

下一步，當(dāng)然是盡可能地去驗證他的假設(shè)；他決定使用已知雙星系統(tǒng)的模型來確保一切都能對上。結(jié)果，確實對上了：“研究到某個程度，我已經(jīng)查閱了足夠多的文獻(xiàn)，知道這是真的。”

恒星的規(guī)格

由于圖像的分辨率，加上新發(fā)現(xiàn)的雙星系統(tǒng)中的兩顆恒星都處于“嬰兒”時期（尚未啟動核心核聚變過程），我們對這兩個恒星目標(biāo)了解并不多。不過，我們還是知道一點(diǎn)。

例如，我們知道兩顆恒星相距1.35天文單位，這在天文尺度上其實非常近。你可以想象一下，這意味著兩顆恒星之間的距離只比地球和太陽的距離遠(yuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)。我們還知道其中一顆恒星的質(zhì)量約為0.33個太陽質(zhì)量，另一顆約為0.07個太陽質(zhì)量，都還是嬰兒恒。而且，有趣的是，巴賈杰判斷出這個系統(tǒng)周圍的盤非常非常厚——在微米大小的塵埃顆粒層面厚達(dá)250天文單位。“這相當(dāng)于太陽直徑的近27,000倍，”他說。同時，這個盤的直徑估計可達(dá)500天文單位。對比一下，從太陽到海王星之外遙遠(yuǎn)的柯伊伯帶盡頭也只有約50天文單位。

“即使在雙星系統(tǒng)中，對于這種恒星質(zhì)量而言，我認(rèn)為它（這個盤）仍然是個特例，”巴賈杰在談到這個巨大的盤時說。

這一點(diǎn)信息可能也足以在天文學(xué)界掀起一些波瀾了。

“我認(rèn)為第一反應(yīng)會是，‘哦，這太酷了，’”巴賈杰說?！叭缓蟮诙磻?yīng)會是，‘哦，我們完了。我們的研究完了?！?/p>

這是因為 TAU 042021 這個目標(biāo)在物理學(xué)家中已經(jīng)得到了相當(dāng)充分的研究，包括通過詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的圖像。這是因為，很巧合，地球在太空中的位置讓我們可以側(cè)視這顆恒星的盤。想象一下你面前拿一個餐盤，如果盤子的側(cè)邊與你的視線齊平，那你就是在側(cè)視它。

這是一個巨大的優(yōu)勢，因為恒星可能非常非常亮?！盁o論你的儀器靈敏度如何，你仍然可以觀測它，”巴賈杰說?！坝袝r候恒星太亮了，我們就無法用韋伯望遠(yuǎn)鏡這樣強(qiáng)大的儀器來觀測——但在這里，情況并非如此。在這里，恒星完全沒有妨礙我們的觀測能力?！?/p>

此外，甚至在巴賈杰發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)是雙星之前，與 TAU 042021 相關(guān)的盤就已經(jīng)被認(rèn)為特別大了。

“已經(jīng)有多項利用韋伯望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的研究，是的，它們會受到影響，”巴賈杰說?！捌渲泻芏嘌芯渴顷P(guān)于模擬盤內(nèi)正在發(fā)生的情況?！?/p>

他解釋說，如果你試圖模擬盤的演化或行為，那么弄清楚中心是一顆恒星還是兩顆恒星至關(guān)重要。他還指出，中心恒星區(qū)域和盤內(nèi)緣起始部分之間的空隙可能比之前預(yù)想的要大。在他們的模型中，盤從1.2天文單位處開始，但現(xiàn)在盤必須從4天文單位處開始。所以這里有一個巨大的差距，這將導(dǎo)致很多不同的結(jié)果。

在這片可能出現(xiàn)的“混亂”中，巴賈杰希望繼續(xù)研究他曾以為自己終于可以告一段落的研究。他正在深入探索另外三個恒星目標(biāo)，并且隱隱懷疑其中另一個可能也是一個出乎意料的雙星系統(tǒng)。他還對TAU 042021 系統(tǒng)中是否可能存在多個噴流（也許中心每顆恒星各有一個）感興趣，并正在嘗試弄清楚美國宇航局最近發(fā)射的SPHEREx太空望遠(yuǎn)鏡是否能在這方面提供幫助。問題無窮無盡，需要記住的是，激發(fā)這一連串的思考，正是建造詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的初衷。它真的不負(fù)眾望。

正如巴賈杰所說：“韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)真是太美妙了?！?/p>

BY:Monisha Ravisetti

FY:忙碌的北門

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