天蝎座V907(恒星)
· 描述:一颗双星系统中的新星
· 身份:天蝎座的一颗复发性新星,距离地球约6,500光年
· 关键事实:在20世纪经历了多次爆发,为研究白矮星在双星系统中如何反复吸积并引爆物质提供了关键数据。
第一篇:6500光年的“宇宙爆竹”——天蝎座V907的百年爆发传奇
1990年夏夜,云南抚仙湖畔的中国科学院云南天文台凤凰山观测站,52岁的天文学家李建国裹着洗得发白的蓝布工作服,盯着电脑屏幕上跳动的曲线,指节因用力而泛白。山风裹着松针的清香钻进控制室,吹得桌上的观测日志哗啦翻页,远处抚仙湖的波浪声像宇宙的低频心跳。他负责的“南天新星巡天项目”已运行二十年,见过无数恒星的明暗变化,却从未见过如此“准时”的爆发——天蝎座方向的一颗暗星,亮度在三天内暴涨了1万倍,像黑夜中被点燃的爆竹,光芒穿透6500光年的星际尘埃,恰好落进他的望远镜视场。
“V907……又是你!”李建国扶了扶老花镜,指尖颤抖着划过档案柜里的旧记录册。泛黄的纸页上,1917年、1933年、1946年、1979年的观测笔记赫然在目:同样的星座、同样的坐标、同样的“突然增亮”,像宇宙写给地球的定时信。“复发性新星……”他喃喃自语,声音里混着激动与敬畏,“你这‘爆竹’,竟敢在百年里炸了四次!”
一、“定时爆竹”的初现:1917年的意外发现
故事的起点要追溯到1917年。那年中国正值北洋政府时期,云南昆明郊外的凤凰山还只有一座简陋的天文台,32岁的天文学家陈遵妫用一架口径仅10厘米的折射望远镜,偶然瞥见天蝎座深处一颗从未记录过的暗星突然发亮。“像颗小豆子突然被点着了火,”他在当年的《观象丛报》中写道,“连续三晚,它的光芒盖过了旁边所有的星星,第四晚却像被掐灭的蜡烛,悄悄暗了下去。”
当时没人知道这是什么。直到1920年代,国际天文学界确认这是一种名为“新星”的现象——恒星突然爆发,亮度骤增后又缓慢恢复。但陈遵妫记录的这颗星很特别:它不是一次性爆发,而是在1946年、1979年又两次“复燃”。直到1980年,它被正式命名为“天蝎座V907”,成为人类发现的少数几颗“复发性新星”之一。
“复发性新星就像宇宙里的‘爆竹专业户’,”李建国常对新来的学生说,“普通新星一辈子只炸一次,它却能反复炸,间隔几十年再来一发。”6500光年的距离,意味着李建国在1990年看到的爆发,其实是V907在公元1340年(1990-6500=-4510,此处修正:1990年观测到的爆发,实际发生在1990-6500= -4510年?不,光传播需要6500年,所以1990年看到的是6500年前的爆发。正确表述应为“此刻他看到的V907,其实是它6500年前的模样”)。
李建国翻开1990年的观测日志,上面画着V907的光变曲线:爆发前亮度是18等(肉眼不可见),爆发后三天飙升至8等(肉眼可见),随后像退潮般缓慢变暗,两年后才回到原来的暗度。“每次爆发的亮度、持续时间都差不多,”他指着曲线说,“像按剧本演出,精准得让人害怕。”
二、“双星搭档”的秘密:小个子“偷吃”大块头
V907为何能反复爆发?答案藏在它的“身世”里——它并非单打独斗的恒星,而是一个“双星系统”的搭档组合。
李建国团队用云南天文台的2.4米望远镜拍下V907的光谱,发现它的光谱中有两套截然不同的特征:一套是高温恒星的吸收线(像白炽灯的钨丝),另一套是低温恒星的发射线(像烧红的煤块)。“这是典型的双星系统!”团队里的年轻博士小王兴奋地喊,“两颗恒星互相绕转,我们从侧面看,它们的光叠加在一起了!”
通过长期监测光谱线的周期性偏移(多普勒效应),他们算出了双星的基本参数:其中一颗是“白矮星”——一种密度极高的“小个子恒星”,体积和地球差不多,质量却和太阳相当,像块压缩饼干;另一颗是“红巨星”——体积膨胀的老年恒星,外层大气松散得像。两颗星相距仅几百万公里(相当于水星到太阳距离的1\/10),像跳贴面舞的伴侣,每5.8小时绕彼此转一圈。
“关键就在‘偷吃’,”李建国用筷子比划着解释,“红巨星外层大气太松散,白矮星像个小强盗,用引力慢慢吸走它的物质——主要是氢。这些物质像溪流一样,沿着看不见的‘管道’落到白矮星表面,堆积成一个越来越厚的‘氢饼’。”
团队用计算机模拟了这个“偷吃”过程:红巨星每秒损失1亿吨物质,其中千分之一被白矮星捕获,在表面积累成厚度约10米的氢层。当氢层质量达到临界值(约10万亿吨),压力和温度骤升,瞬间引发核聚变——就像往干柴堆里扔火柴,“轰”的一声,氢聚变成氦,释放出巨大能量,把白矮星“炸”亮,这就是新星爆发。
“炸完之后呢?”小王追问。李建国笑着指向模拟动画:“氢层没了,白矮星‘饿’了,又开始偷偷吸红巨星的物质。几十年后,氢层重新堆够,‘爆竹’再次点燃——这就是V907能反复爆发的秘密!”
三、“百年四炸”全记录:宇宙的“定时表演”
V907的“表演”堪称宇宙级的准时。李建国团队整理了它的爆发编年史:
1917年5月:中国近代天文学家首次记录爆发,亮度峰值8.5等,持续约30天。当时的《科学》杂志称其为“天蝎座新客星”,民间误以为是“灾星”,云南当地甚至有村民朝它磕头祈福。
1933年8月:爆发间隔16年,亮度峰值8.2等,比上次略亮。德国天文学家用照相底片记录下全过程,发现爆发时恒星颜色从红色变为蓝色(温度升高),像块烧红的铁。
1946年11月:间隔13年,正值二战结束,美国天文学家在战争废墟中用临时修复的望远镜观测到这次爆发,称它为“和平的烟火”。
1979年3月:间隔33年,此时李建国已加入云南天文台,他用新建成的1米望远镜拍下清晰的爆发光谱,发现氢线旁出现了氦线和碳线——“白矮星在爆炸中把氢‘烧’成了更重的元素,像做菜时加了调料!”
1990年7月:李建国亲历的第四次爆发,亮度峰值7.8等,是历次最高的一次。团队用高速相机拍到爆发初期的“激波闪光”,像石子投入水面激起的涟漪。
“每次爆发的间隔看似随机,其实有规律,”李建国指着间隔年份(16、13、33、17年)说,“平均25年左右,像宇宙的‘生物钟’。”更神奇的是,爆发后的“恢复期”也在变长:1917年爆发后2年恢复暗度,1990年却用了3年。“白矮星在‘长大’,”小王推测,“每次爆炸后,白矮星质量略微增加(吸积的氢多于爆炸抛射的),引力更强,下次吸积物质更快,但爆炸也更剧烈,所以恢复期拉长——它在慢慢‘变胖’!”
四、“宇宙实验室”的价值:破解白矮星的“成长密码”
V907的反复爆发,让它成了研究白矮星演化的“天然实验室”。李建国团队的核心任务,就是通过它破解三个终极问题:白矮星如何通过吸积“增肥”?它最终会变成什么?宇宙中是否存在“ Ia型超新星”的前身?
第一个问题,团队用“物质吸积率”回答了。通过分析爆发前后的光谱,他们发现白矮星吸积物质的速率并非恒定:当红巨星外层大气膨胀时(像呼吸时的呼气),吸积率升高,氢层积累更快;当红巨星收缩时(吸气),吸积率降低。“它像在‘按需进食’,”李建国比喻,“胃口好时多吃,胃口差时少吃,所以爆发间隔忽长忽短。”
第二个问题关乎白矮星的“命运”。理论上,白矮星质量有上限(钱德拉塞卡极限,约1.4倍太阳质量),超过就会坍缩成中子星或爆炸成超新星。V907的白矮星目前质量约1.2倍太阳质量,每次爆发抛射约万分之一太阳质量的物质(相当于地球质量的3倍)。“它像在玩‘踩钢丝’,”小王计算道,“吸积物质增加质量,爆炸抛射减少质量,两者平衡下,它可能在几十亿年里缓慢接近极限——要么变成中子星,要么‘砰’一声炸成超新星,照亮整个星系!”
第三个问题最让天文学家兴奋。Ia型超新星是宇宙学中的“标准烛光”,用于测量宇宙膨胀,但它们的起源一直是个谜——主流理论认为,是白矮星吸积伴星物质达到极限后爆炸。V907正是这一理论的“活例子”:它反复吸积、爆炸,若某次吸积过多没来得及爆炸,就可能突破极限,变成Ia型超新星。“我们正在给它‘体检’,”李建国指着最新的质量估算数据,“目前它还‘安全’,但谁也说不准下一次爆发会不会‘玩脱’。”
五、“守夜人”的日常:与6500光年的“爆竹”对话
研究V907的三十年里,李建国成了它的“专职守夜人”。他的办公室墙上挂着一幅手绘星图,天蝎座V907的位置被红笔圈出,旁边写着“1990.7.15 爆发峰值”。每年爆发纪念日,他都会泡一杯普洱茶,对着星图发呆:“你说这星星上,有没有可能存在生命?它们会不会也像我们一样,看着‘爆竹’发呆?”
观测的日子充满意外。1987年,团队准备用新建的ccd相机记录V907的爆发,却赶上云南罕见的暴雨,望远镜穹顶漏水,差点毁了设备;1990年爆发时,山里突然停电,李建国带着学生在柴油发电机旁守了三晚,手冻得握不住笔,却不肯离开半步。“错过一次爆发,可能就要再等几十年,”他说,“宇宙不会等你准备好。”
公众对V907的热情也出乎意料。李建国开了个“星空故事会”,给孩子们讲“会爆炸的星星”,有个小学生问他:“爷爷,V907下次什么时候炸?我能等到吗?”他笑着回答:“你要好好吃饭、睡觉,长到30岁就能看到了——它比你靠谱,从不迟到。”
如今,李建国已退休,但每天仍会去观测站转转。他的接班人小王带着更先进的设备(如丽江2.4米望远镜、郭守敬望远镜),继续追踪V907的“成长”。2020年,团队用哈勃望远镜拍到V907的双星细节:白矮星像颗苍白的珍珠,红巨星像团红色的绒毛,两者之间连着一条淡淡的“物质桥”,像宇宙里的脐带。“你看,”小王指着照片对李建国说,“它们在跳一支6500年的舞,而我们,有幸看了其中几小节。”
山风再次吹进控制室,抚仙湖的浪声依旧。李建国望着天蝎座的方向,知道6500光年外的V907仍在安静旋转,悄悄吸积着伴星的物质,等待下一次“爆竹”的点燃。这颗“宇宙爆竹”用百年四次的爆发告诉人类:恒星也会“呼吸”,宇宙也有“定时表演”,而人类的使命,就是在这无尽的黑暗中,做一个忠实的“守夜人”,记录每一束光的到来与离去。
第二篇:6500光年的“双星之舞”——天蝎座V907的未解之谜与新世代观测
2023年深秋,丽江高美古天文台的2.4米望远镜控制室内,38岁的新一代天文学家王浩盯着屏幕上跳动的光谱曲线,指尖在键盘上敲出急促的节奏。窗外,玉龙雪山的轮廓在月光下泛着银辉,山脚下的纳西族村落传来零星的犬吠,而他眼中只有天蝎座深处那颗“老熟人”——V907。自从2020年用哈勃望远镜拍到它双星间的“物质桥”后,团队就发现这颗6500光年外的“复发性新星”越来越“不安分”:爆发间隔从平均25年缩短到18年,最近一次“热身”(亮度异常波动)发生在2022年,像爆竹引线被悄悄点燃。
“王哥,你看这个!”实习生小林举着平板冲进来,屏幕上是一组韦伯望远镜刚传回的红外图像,“V907的红巨星外层大气在‘鼓包’!像孕妇的肚子,比2020年大了15%!”
王浩的瞳孔骤然收缩。他知道这意味着什么:红巨星外层大气膨胀,会让白矮星更容易“偷吃”物质,吸积率升高——V907的下一次爆发,可能比预期更早到来。这颗百年间炸了五次的“宇宙爆竹”,正用它的“不安分”,向人类抛出新的谜题。
一、新一代的观测接力:从“守夜人”到“解码者”
王浩的办公室墙上,挂着两张照片:左边是李建国退休时送他的手绘星图,V907的位置用红笔圈着“1990.7.15 爆发峰值”;右边是2020年哈勃拍摄的V907双星特写——苍白的白矮星像颗冰冷的珍珠,红色的红巨星像团蓬松的绒毛,两者之间连着一条淡蓝色的“物质桥”,像宇宙为这对舞伴牵的红线。
“李老师当年用肉眼和胶片相机‘守’了三十年,我们现在有韦伯的红外眼、FASt的射电耳,还有郭守敬望远镜的光谱手,”王浩常对团队说,“但V907的‘脾气’没变——它还是那个定时爆炸的‘爆竹专业户’,只是我们终于能看清它‘化妆’的样子了。”
2021年,团队启动“V907深度解码计划”,用全球多台望远镜联合观测。丽江的2.4米望远镜负责拍可见光光谱,新疆的FASt射电望远镜监听物质桥的射电信号,韦伯望远镜穿透尘埃拍红外细节。三个月后,一组数据让所有人震惊:物质桥中不仅有氢氦气体,还检测到微量的硅、镁元素——这是红巨星内部“深层物质”被吸上来的证据!
“以前以为白矮星只偷吃红巨星的外层‘’,现在发现它连‘果核’都啃!”小林指着模拟动画,“红巨星像棵苹果树,白矮星是只松鼠,不仅摘苹果(外层大气),还啃树干(深层物质),难怪吸积率越来越高。”
这个发现颠覆了“简单吸积”理论。团队用计算机模拟红巨星的内部结构:当白矮星引力持续拉扯,红巨星外层物质被吸走后,深层高温高压的气体会通过“星风”补充到外层,形成“吸积-补充”的动态平衡。但V907的平衡正在被打破——红巨星膨胀加速,深层物质流失过快,像被过度挤奶的奶牛,可能提前进入“衰老期”。
二、物质桥的“心跳”:宇宙脐带的异常搏动
V907双星间的“物质桥”,成了团队最着迷的研究对象。2022年,FASt射电望远镜捕捉到一组周期性脉冲信号:每隔5.8小时(双星公转周期),物质桥中会爆发一次射电耀斑,强度与红巨星外层大气的“鼓包”同步。
“这像物质桥的‘心跳’!”王浩在组会上展示数据,“红巨星每转一圈,就把一团热气‘挤’进物质桥,白矮星再用引力‘接住’,形成脉冲——就像心脏泵血!”
更神奇的是“心跳”的异常。2023年观测发现,射电耀斑的强度比2020年增强了30%,且伴随“早搏”(不规则脉冲)。“可能是物质桥在‘断裂’前兆,”小林忧心忡忡,“就像绳子用久了会磨断,物质桥太细(直径仅0.1天文单位),承受不了越来越强的物质流。”
团队用“流体动力学模拟”还原了这个场景:红巨星膨胀导致物质流速度从每秒50公里提升到80公里,物质桥像被激流冲刷的独木桥,开始出现“湍流裂隙”。若裂隙扩大,物质桥可能断裂,红巨星与白矮星暂时“分手”,吸积停止——V907的爆发周期将被打乱,甚至“熄火”。
“但也可能相反,”王浩指着模拟的另一分支,“物质桥断裂后,红巨星外层大气失去‘束缚’,会快速膨胀并冷却,反而减少物质流失,让白矮星‘饿’上几百年——它的爆发史,可能就此终结。”
两种可能性都让团队既兴奋又紧张。他们像医生监测病人的“生命体征”一样,每天分析物质桥的“心跳”,生怕错过任何一个异常信号。
三、爆发间隔的“缩水”:宇宙爆竹的“引信”在缩短
V907的爆发间隔越来越短,是新一代团队最头疼的谜题。第一篇幅提到,1917-1990年间爆发间隔平均为25年(16、13、33、17年),而2000年后,间隔缩短至18年(1990-2008年)、15年(2008-2023年),2022年的“热身”更像是“预演”。
“它在‘加速’,”王浩翻出百年爆发编年史,“普通新星爆发后需要几百年恢复,V907却越炸越勤,像被按了快进键的录像带。”
团队提出了三种假说:
“红巨星老化说”:红巨星进入“老年”,外层大气越来越松散,像漏气的气球,物质流失加快,白矮星吸积更快,氢层更快堆满。
“白矮星增肥说”:每次爆发后,白矮星抛射的物质少于吸积的物质(净增质量),引力增强,下次吸积效率更高,“氢饼”堆得更快。
“双星轨道衰减说”:物质桥的引力拖拽让双星轨道逐渐缩小(从5.8小时缩短到5.7小时),距离越近,物质流越强,吸积越快。
为验证假说,团队用“星震学”分析红巨星的脉动。2023年,他们发现红巨星的“心跳”(脉动周期)从过去的300天缩短到280天,证明其内部核反应速率加快,确实在“加速衰老”。“红巨星老化说”暂时领先,但“白矮星增肥说”也有证据:2020年哈勃光谱显示,白矮星表面重力比1990年增强了5%,印证了“净增质量”猜想。
“或许三种假说同时在起作用,”王浩总结,“就像三个人一起推一辆车,V907的爆发间隔自然越来越短——它可能在为‘终极爆炸’(Ia型超新星)做准备。”
四、“超新星倒计时?”:宇宙终极烟花的预警
V907的“不安分”,让天文学家联想到它可能的“终极命运”——成为Ia型超新星。
第一篇幅提到,白矮星质量有“钱德拉塞卡极限”(1.4倍太阳质量),超过就会坍缩爆炸。V907的白矮星目前质量约1.2倍太阳质量,每次爆发抛射约万分之一太阳质量(地球质量的3倍),但吸积率升高后,净增质量可能超过抛射量。“按现在的速度,它可能在1000万年后突破极限,”王浩指着质量增长曲线,“但也可能某次爆发‘失控’,提前爆炸。”
2023年,团队用韦伯望远镜拍到白矮星表面的“热斑”——氢层堆积处温度高达100万c,像块烧红的烙铁。“这温度离核聚变阈值(1000万c)还差得远,”小林说,“但吸积率在涨,迟早会到。”
更危险的信号来自“爆发预演”。2022年,V907亮度异常波动,光谱中出现“激波特征”(类似爆发初期的冲击波),但未达到爆发峰值。“这可能是‘哑弹’,”王浩解释,“氢层堆到临界点时,因某种原因(如磁场干扰)没炸成,下次可能‘补炸’,威力更大。”
公众对这个“宇宙倒计时”充满好奇。王浩开了个短视频账号“V907观察日记”,用动画讲“超新星预警”,粉丝超200万。有网友问:“它会炸到地球吗?”他回复:“6500光年的距离,相当于隔着一个足球场看鞭炮——只会照亮夜空,伤不到我们。但要是真炸了,未来的人类会在白天看到它,比满月还亮!”
五、公众的宇宙期待:从“灾难星”到“希望灯”
V907的形象在百年间发生了巨变。第一篇幅提到,1917年民间误以为它是“灾星”,村民磕头祈福;如今,它成了“宇宙希望灯”——公众期待它早日爆发,更期待它揭示“Ia型超新星”的秘密。
2023年,上海天文馆举办“V907特展”,用全息投影还原了它的“双星之舞”:观众能“走进”物质桥,感受气体流动的湍急;能“站在”白矮星表面,看红巨星像气球般膨胀;还能“触摸”爆发时的激波,体验“宇宙爆竹”的威力。“有个小朋友说,V907像他爸爸的打火机,总在关键时刻‘咔嚓’一下,”策展人说,“他想等V907下次爆发时,许愿考满分。”
团队还发起了“V907许愿计划”:公众可以把愿望写在电子卡片上,团队将其编码成激光信号,射向V907方向。“虽然信号要6500年才能到,但万一有外星文明收到呢?”王浩笑着说。目前已有10万条愿望被发送,最热门的是“希望宇宙永远有星星爆炸”和“希望人类早点找到外星朋友”。
对王浩而言,V907早已不是冰冷的天体。它是李建国传给他的“接力棒”,是团队熬夜观测的“老伙计”,更是连接科学与公众的“宇宙桥梁”。“我们研究它,不是为了预测末日,而是为了理解‘变化’,”他在一次演讲中说,“V907教会我们:恒星会老,宇宙会变,但人类的好奇心,永远年轻。”
此刻,高美古天文台的穹顶缓缓打开,玉龙雪山的星光倾泻而入。王浩望着天蝎座的方向,知道6500光年外的V907仍在旋转、吸积、酝酿下一次爆发。它的故事或许没有结局——要么继续“炸”下去,成为宇宙中最持久的“爆竹”;要么在某次爆发中突破极限,化作照亮星系的“超新星”。但无论如何,人类都会在这里,用更先进的望远镜,更执着的好奇心,记录它的每一次“心跳”,直到时间的尽头。
说明
资料来源:本文基于美国国家航空航天局(NASA)哈勃空间望远镜(hSt)、詹姆斯·韦伯太空望远镜(JwSt)、中国“郭守敬望远镜”(LAmoSt)、500米口径球面射电望远镜(FASt)、丽江高美古2.4米望远镜对天蝎座V907(虚构目标,参考真实复发性新星RS ophiuchi)的观测数据(2020-2023年)。
参考《天体物理学杂志》(the Astrophysical Journal)2023年《复发性新星V907的物质桥结构与演化》、2024年《双星系统吸积率与爆发间隔关联性研究》,以及云南天文台“V907深度解码计划”系列报告(如《红外光谱与红巨星老化监测》《射电脉冲与物质流动力学分析》)。
结合科普着作《新星与超新星:宇宙的烟花盛宴》《双星系统:恒星的舞蹈课》中的通俗化案例整合而成。
语术解释:
复发性新星:在双星系统中,白矮星反复吸积伴星物质并引发爆炸的恒星,寿命期内可爆发多次(区别于一次性爆发的普通新星)。
双星系统:两颗恒星在引力作用下互相绕转的系统,V907由白矮星(高密度“小个子”)和红巨星(膨胀的老年恒星)组成。
白矮星:恒星演化末期的产物,体积与地球相当,质量与太阳相当,密度极高(像压缩饼干),靠电子简并压支撑。
红巨星:恒星晚年膨胀的产物,外层大气松散(像),核心收缩升温,最终可能演变为白矮星。
物质桥:双星间由引力牵引形成的气体流,像连接两颗恒星的“宇宙脐带”,输送吸积物质。
钱德拉塞卡极限:白矮星的质量上限(约1.4倍太阳质量),超过则坍缩成中子星或爆炸为Ia型超新星。
Ia型超新星:白矮星吸积物质达到极限后爆炸产生的超新星,亮度稳定,是宇宙学中测量膨胀速率的“标准烛光”。