从“一像素”中寻获双星

　　这张艺术概念图描绘了一个遥远的“太阳系”，它和我们的太阳系很像，但有一个很大的不同，即它围绕两个太阳在运行。图片版权：NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

　　有天，纳曼·巴贾杰坐在办公室里，盯着那些宝贵的数据，这些数据是他已发表的三篇论文中的最后一篇的关键。这三篇论文试图回答一个复杂的问题：为什么有些正在形成行星的盘状物质会“爬”向它们自己的恒星？这三项研究扎实、有趣，而且最重要的是，已经完成了。

　　但在给研究画上句号之前，巴贾杰决定再仔细挖掘一下詹姆斯·韦伯太空望远镜传回的数据，看看它们还能提供什么价值。然而，他万万没想到，这竟会为他打开另一扇新发现的大门。

　　“我的导师因开会离开了一个月，我当时就是在摆弄这些数据，心想着还能做点什么？这些数据还能告诉我们些什么？”亚利桑那大学的天文学家巴贾杰称。

　　很快，他就有了一项惊人的发现。他的团队已经花了大量时间研究的一个恒星目标，其实是一个双星系统——只是之前没人注意到。我们时常被提醒，宇宙是如此浩瀚，以至于像两颗恒星互相绕转这样巨大得难以想象的事物，也可能被忽略。

　　“我们看的这张图像里，一个像素就代表14个天文单位（AU），”巴贾杰说。做个对比，1个天文单位（AU）就是地球到太阳的惊人距离——约9300万英里（1.5亿公里）。从某种角度说，人类能计算出这个数据本身就已经非常了不起了。

　　来龙去脉

　　要理解巴贾杰如何得出他的结论，得先回想一下前三篇论文。它们都关乎恒星周围充满物质的盘状结构的动态变化。行星正是从这些盘中的岩石或气体“种子”里成长起来的，所以科学家们对它们非常感兴趣。更具体地说，巴贾杰和他的团队当时正在苦苦思考，为什么盘中的物质有时会掉落到中心的恒星上。

　　“比如说，”巴贾杰说，“地球绕着太阳转，但它并没有掉到太阳上，因为它一直在轨道上运行。”根据艾萨克·牛顿提出的物理定律，如果一个物体的轨道不受干扰，它不应该无缘无故地改变轨迹。所以，研究团队推测，也许有什么东西在干扰这些向内坠落的物质。比如说，如果这些物质失去了一些角动量，一切就说得通了——但要做到这一点，它们或许需要损失一些质量。那么，质量是怎么损失的呢？

　　这就是巴贾杰和其他研究人员着手要回答的基本问题。

　　简而言之，团队的第一篇论文证实，强烈的“风”可以将物质从盘上垂直向上吹走。第二篇论文旨在计算有多少物质通过从盘中喷射出的喷流（类似于风，但速度更快、范围更窄）高速流失。而第三篇则主要是为了将前两篇联系起来，比较通过风流失的质量和通过喷流失的质量。但巴贾杰在他最终的数据集里发现了一些可疑之处。

　　关于高能喷流（与盘有关）的研究是基于金牛座恒星形成区（距地球约457光年）的四个候选恒星。其中有一个候选星的喷流看起来……有点过于完美？它编号为 TAU 042021。

　　“这个特殊的物体很突出，因为它非常对称——我认为这可能是我们目前见过的最对称的喷流案例了，”他说。“能解释这种对称性的唯一方式就是它是个双星系统。”

　　对称性说明了一切

　　这里所说的“对称性”，指的是从一个物体喷射出的喷流，形成上下对称的两个瓣。

　　“如果喷流的两边互不相干，比如随机运动，那它什么也说明不了——那很可能是周围环境造成的，”巴贾杰说。“但当你发现某种对称性，或者哪怕是反对称（也是一种对称），那它就在告诉你更多信息。”

　　“如果盘本身发生了任何事情，你看到会是点对称，”巴贾杰补充道。“它们本质上总是完全相反的——但如果你有一个双星系统，会发生什么？”

　　这种特殊的对称性告诉巴贾杰，他在 TAU 042021 看到的喷流，极有可能根本不是来自那颗恒星的行星盘。它很可能是从环绕原恒星运行的另一颗恒星喷射出来的。

　　“我的第一反应是，‘哦，这太棒了，’”巴贾杰说。“从某种意义上说，这算是我自己的第一个发现，所以我非常兴奋——但同时我又想：‘但我懂得多少呢？’”

　　下一步，当然是尽可能地去验证他的假设；他决定使用已知双星系统的模型来确保一切都能对上。结果，确实对上了：“研究到某个程度，我已经查阅了足够多的文献，知道这是真的。”

　　恒星的规格

　　由于图像的分辨率，加上新发现的双星系统中的两颗恒星都处于“婴儿”时期（尚未启动核心核聚变过程），我们对这两个恒星目标了解并不多。不过，我们还是知道一点。

　　例如，我们知道两颗恒星相距1.35天文单位，这在天文尺度上其实非常近。你可以想象一下，这意味着两颗恒星之间的距离只比地球和太阳的距离远一点点。我们还知道其中一颗恒星的质量约为0.33个太阳质量，另一颗约为0.07个太阳质量，都还是婴儿恒。而且，有趣的是，巴贾杰判断出这个系统周围的盘非常非常厚——在微米大小的尘埃颗粒层面厚达250天文单位。“这相当于太阳直径的近27,000倍，”他说。同时，这个盘的直径估计可达500天文单位。对比一下，从太阳到海王星之外遥远的柯伊伯带尽头也只有约50天文单位。

　　“即使在双星系统中，对于这种恒星质量而言，我认为它（这个盘）仍然是个特例，”巴贾杰在谈到这个巨大的盘时说。

　　这一点信息可能也足以在天文学界掀起一些波澜了。

　　“我认为第一反应会是，‘哦，这太酷了，’”巴贾杰说。“然后第二反应会是，‘哦，我们完了。我们的研究完了。’”

　　这是因为 TAU 042021 这个目标在物理学家中已经得到了相当充分的研究，包括通过詹姆斯·韦伯太空望远镜的图像。这是因为，很巧合，地球在太空中的位置让我们可以侧视这颗恒星的盘。想象一下你面前拿一个餐盘，如果盘子的侧边与你的视线齐平，那你就是在侧视它。

　　这是一个巨大的优势，因为恒星可能非常非常亮。“无论你的仪器灵敏度如何，你仍然可以观测它，”巴贾杰说。“有时候恒星太亮了，我们就无法用韦伯望远镜这样强大的仪器来观测——但在这里，情况并非如此。在这里，恒星完全没有妨碍我们的观测能力。”

　　此外，甚至在巴贾杰发现这个系统是双星之前，与 TAU 042021 相关的盘就已经被认为特别大了。

　　“已经有多项利用韦伯望远镜进行的研究，是的，它们会受到影响，”巴贾杰说。“其中很多研究是关于模拟盘内正在发生的情况。”

　　他解释说，如果你试图模拟盘的演化或行为，那么弄清楚中心是一颗恒星还是两颗恒星至关重要。他还指出，中心恒星区域和盘内缘起始部分之间的空隙可能比之前预想的要大。在他们的模型中，盘从1.2天文单位处开始，但现在盘必须从4天文单位处开始。所以这里有一个巨大的差距，这将导致很多不同的结果。

　　在这片可能出现的“混乱”中，巴贾杰希望继续研究他曾以为自己终于可以告一段落的研究。他正在深入探索另外三个恒星目标，并且隐隐怀疑其中另一个可能也是一个出乎意料的双星系统。他还对TAU 042021 系统中是否可能存在多个喷流（也许中心每颗恒星各有一个）感兴趣，并正在尝试弄清楚美国宇航局最近发射的SPHEREx太空望远镜是否能在这方面提供帮助。问题无穷无尽，需要记住的是，激发这一连串的思考，正是建造詹姆斯·韦伯太空望远镜的初衷。它真的不负众望。

　　正如巴贾杰所说：“韦伯太空望远镜的数据真是太美妙了。”

　　编辑：陈方

　　一审：李慧

　　二审：汤世明

　　三审：王超