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人类追寻了千年的“客星”!

什么是“客星”

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我国古时就有夜观天象的传统,历代帝王会设置专门的部门来进行星空观测。经过一段时间的记录,古人发现绝大多数星的位置和亮度都是固定不变的,“恒星”就是由此得名。他们画出了星图,标注了恒星的位置和大致的亮度,并以此为依据对所能观测到的星空进行了区域划分。

随着时间的流逝,始终关注着星空的古人,会发现有个别的星会突然“出现”,成为了闯入这片天区的客人,“客星”这个说法也由此得来了。唐代天文学家李淳风在《观象玩占》中提到:“客星,非常之星。其出也,无恒时;其居也,无定所。忽见忽没,或行或止,不可推算,寓于星辰之间如客,故谓之客星。”如今,我们已经知道了这些客星的真实身份。其中有的是进入太阳系内部,亮度增加且拖出长长尾巴的彗星,而有些则是原本肉眼看不到的恒星突然变亮,达到了肉眼可见的程度。

图1. 哈勃空间望远镜拍摄的周伯星遗迹

在恒星亮度突然增加的情况中,有一类是超新星爆发,即剧烈的恒星爆炸事件。一颗爆发超新星的亮度可以与整个星系的亮度相媲美。恒星的演化是个非常漫长的过程,即便对于整个银河系来说,平均也要五十年才会出现一次超新星爆发事件。由于绝大多数恒星又位于尘埃浓密的银盘附近,它们的光芒被极大程度地遮挡,使得在光学波段难以被探测到。所以古人记录的照亮整个夜空的超新星并不多,其中最著名的要数公元1006年,也就是我国宋代的周伯星(SN1006)。《宋史》中记载了它出现在氐宿西侧,即南方夜空中的豺狼座附近,夜晚可以照出人影,几个月后才逐渐变暗。

相比之下,另一种变亮幅度没那么大的新星(classical novae)就要常见得多。新星爆发可能持续几天到几个月不等,很多还会出现反复的增亮,有些呈现出明显的周期性,而有些则不太规律。客星出现在不同的天区寓意不同,但通常古人都认为这是不祥之兆。如今的天体物理理论认为,这是由双星演化造成的结果。这类双星由一颗演化到白矮星阶段的恒星和它的伴星组成。两颗恒星距离较近并且相互绕转,在此期间白矮星和伴星会产生物质交换,当白矮星表面的温度和压力达到某个临界值时,会发生比较比较剧烈的核聚变反应。这时恒星的亮度会短时间增加数千倍,故有可能达到肉眼可见的亮度。

古时客星今朝看

现代天文观测技术的发展,让我们有了更多解决天体演化问题的方法和可能性。这不仅体现在观测空间分辨率和深度的提高,还能在很高时间分辨率上对变源进行长时间的监测,即时域天文学。

如今,古人关于客星的记录引起了当代天文学家浓厚的兴趣。来自欧洲的天文学家通过查阅我国古代关于客星位置的记载,结合现今的变星星表,在相应的二十多个天区开展了搜寻工作,找到了80多颗古时客星的候选体。对这些可能爆发过的新星开展持续观测具有非常重要的科学意义,一方面可以验证古时文献中客星记录的准确性,包括观测年代、位置等信息,另一方面,更长的观测记录可以帮助我们了解新星爆发的规律,从而破解恒星演化过程中的重要谜团。目前认为如果白矮星吸收了足够多的物质,随着质量的增加,最终的归宿很可能会是超新星爆发,成为照亮整个夜空的客星。

图2. 通过吸收伴星物质引起爆发的白矮星,艺术示意图来自APOD

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  • 编辑:金泰熙
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