10秒差距內無中子星和黑洞，最近恆星的6大發現

來自專欄 博科園

當仰望夜空中的星星時，它們會以不同角度、顏色和聚類模式出現在你的視線之中。但當你凝視一顆恆星時不會立刻知道它是孤立的還是多星系統的一部分，也不會知道它的內部是明亮還是模糊以及它的具體位置。第一次觀測後你所能知道的就只有它的亮度和鮮艷的顏色。事實證明，大部分肉眼可見的恆星都非常明亮，顏色異常顯眼，而且距離非常遙遠。

半人馬座阿爾法星(左上)，包括A和B兩部分，同時它是與半人馬座（圈）相近三星系統的一部分。半人馬座β(右上角)幾乎和半人馬座阿爾法星一樣明亮，但距離更遠，從本質上來說它應該更亮。圖片：Wikimedia Commons user Skatebiker

距離較近的恆星，其中一部分是很明亮的，比如著名的半人馬座阿爾法星和天狼星，需要特殊的設備和技術來觀測它。1994年天文學家團隊成立了近鄰恆星研究協會（RECONS），這是研究地球附近恆星的研究聯盟，以研究和了解離地球最近的恆星，並剛剛公布了最新的結果，以下是焦點所在。近鄰恆星研究協會（RECONS）所做的是對整個天空進行最完整、最細微掃描式的研究調查，尋找在全年不同時間觀測出現視差的天體。

圖為迄今已知發現25秒差距內發現的所有恆星系統模擬視頻截圖（從0pc~25pc，本截圖為25pc）

當地球圍繞太陽運行時，相對於天空中其他恆星來說它的位置發生了改變；就像你的手臂連同拇指在你眼前左右平移時，你會感覺到拇指似乎在晃動。最近恆星移動距離相對較遠的背景恆星的位置需要六個月的時間。測量這個視差可以直接確定這些恆星的距離，而「距離最近」則被任意定義為在10秒差距內(32.6光年)，所對應的視差為0.1或更大。下面這些是迄今為止最偉大的6個發現：

Top1、現今在10秒差距內發現了316個恆星系統

在近鄰恆星研究協會（RECONS）合作研究中，有191個恆星系統在10秒差距內被發現。現在有316個恆星系統被發現，只有紅矮星、棕矮星和白矮星主導的系統陷入了爭論之中。圖片：T. J. Henry et al

相比於一開始所知道的191個恆星系統這種進步程度令人難以置信。近鄰恆星研究協會（RECONS）和其他搜尋附近恆星的團隊發現多了125個新星系統，比以前增加了65%。此外目前這一團隊已經能精確地測量所有視差，這是125個本身就較微弱的系統：

79個由紅矮星為主導

許多恆星系統有多個成員，處於主導地位意味著它是這類恆星是系統中最亮、最清晰的恆星。在最新的數據發布中，近鄰恆星研究協會（RECONS）已經宣布他們現在很有信心在10秒差距內發現超過90%。

Top2、 明亮的恆星非常罕見，微弱的恆星是最常見

（現代）摩根-基南(Morgan-Keenan)光譜分類，圖顯示每個星級的溫度範圍以開爾文為單位。今天絕大多數的恆星都是M級恆星，25個秒差距中只有1個已知的O型或B級恆星，而我們的太陽是G級恆星圖片：Wikimedia Commons user LucasVB, additions by E. Siegel

將恆星分為有七種不同的類型：O、B、A、F、G、K和M，它們分別從最藍最熱到最紅最冷。這些恆星的核心是通過核聚變將氫燃燒成氦(或更重的元素)。褐矮星是一顆沒能大到成為M級恆星的恆星，而白矮星則有像太陽一樣的核心——燃燒所有的核燃料後就會滅亡。在這316個恆星系統分別為：

0個O級星體（0%）

0個B級恆星（0%）

4個A級星體（1.3%）

8個F類星體（2.5%）

19個G級恆星，包括太陽（6%）

29個K類星體（9.2%）

222個M級星體（66.5%）

37個褐矮星（11.7%）

9個白矮星（2.8%）

這告訴我們附近恆星系統是由真正的恆星組成（O、B、A、F、G、K和M），其中高達82%的恆星是M級恆星——紅矮星。

Top3、最近O級或B級恆星的距離為79光年

獵戶座伴隨著巨大的分子雲，其中包含著最亮的恆星。和這些恆星一樣令人印象深刻是它們的位置遠超於10秒差距。但因為本身就很明亮，所以顯得很耀眼。10秒差距內只有51顆恆星是肉眼可見的。圖片：Rogelio Bernal Andreo

獅子座a星在B級恆星最微弱的一端，軒轅十四（獅子座a星）是獅子座中最亮的恆星，也是天空中最亮的第21顆星。O級和B級恆星如此罕見的原因是因為它們體積都非常巨大，而且生命是很短暫。一旦遠離了恆星形成的區域——太陽（此時處於旋臂之間），它只會是附近相對較老的恆星。軒轅十四在B級恆星的一端已經生存了大約10億年，在它進入生命周期下一個階段之前沒有太多時間，但是作為四星系統的一部分，它仍然逗留在那裡。但是必須接近25秒差距外的地方才能找到它。

Top4、10秒差距內沒有中子星和黑洞

中子星是宇宙中最密集的物質集合之一（即密度最高），但它們的質量卻有一個上限。一旦超過這個界限，中子星將進一步坍塌形成黑洞。圖片：ESO/Luís Calada

除我們所在的銀河系外，老實說，必須走出去超過10秒差距的地方才能找到其中任何一個（中子星或黑洞）2007年科學家們發現x射線物體1RXS J141256.0+792204，名字為「Calvera」，並將其認定為中子星。這顆天體距離地球617光年，是離我們最近的中子星。要接近這顆中子星，必須一直走到距離3000光年遠的V616麒麟座。所有在10秒差距內中確定的316顆恆星系統中，我們可以肯定地說，沒有黑洞或中子星，至少在銀河系中，這些天體是稀有的。

Top5、目前有56個已知的系外行星在10秒差距內

TRAPPIST-1系統與太陽系相比較，TRAPPIST-1的所有七顆行星都可以放入水星的軌道內。通過提供行星的質量，半徑，大氣含量和軌道參數以及關於我們恆星的天文信息，具有先進技術的文明可以從遠處識別我們的太陽系。圖片：NASA / JPL-Caltech

儘管有超過400顆已知的恆星在10秒差距內，但是只有26顆被確認有行星系統。舊的紀錄保持者是HD 219134，有6個確認的行星和一個額外的候選行星，而距離最近的是比鄰星b，僅有4.2光年。在40光年遠地方的TRAPPIST-1隻是被遺漏了。

成功發射的TESS主要任務之一就是尋找圍繞這些恆星旋轉的行星。如果它發現、識別並能描述出它們的所在，那麼未來的望遠鏡，如詹姆斯韋伯和目前正在建造的30米級望遠鏡將有機會觀察到它們。如果大自然是善良的，人類將第一次在其他星球周圍潛在的有生命的星球上尋找到生命跡象。

Top6、多星系統是很常見

實際上，夜空中的所有星星都是單點光源，其中很多都是多星系統，大約有50%的恆星是在多星系統中出現。Castor是在25秒差距中擁有最多恆星的系統——六星系統。圖片：NASA / JPL-Caltech / Caetano Julio

可以很容易地在10秒差距內看到這樣的景象，像太陽這樣的恆星可能是獨立存在的，但是雙星、三星系統是很常見。離我們最近的恆星系統半人馬座阿爾法星是一個三星系統，10個秒差距中甚至有兩個五星系統——GJ0644和Alpha Librae。在316個已知的恆星系統中，有超過100個恆星是多恆星系統的一部分。科學家們想要做得更好，所以近鄰恆星研究協會（RECONS）決定在過去的十年里將搜索範圍擴展到25秒差距，在2014年的時候有了一些發現：

533個恆星系統

509個雙星系統

102個三星系統

19個四星系統

4個五星系統

1個六星系統

很早人們就已經知道了「六星系統」，它是夜空中第24顆最亮的恆星系統，距離地球只有51光年遠，已經超過10秒差距，勉勉強強在15.7秒差距內。

上圖是顯示了顏色與大小的標準HR圖。正如最新研究發現的那樣，額外的矮恆星有助於填補10秒差距內的最低點。圖片：T. J. Henry et al. (2018), main, with NASA / CXC, inset

最弱、最低質量的系統仍能在10秒差距內被探測到，但這並不能保證我們在附近觀察到的東西代表了銀河系和宇宙實際存在的東西。研究人員正在迅速地「接近」那些未被發現的恆星位置以及如何發現的極限。近鄰恆星研究協會（RECONS）的科學家們自信地說：幾乎可以肯定已經發現了所有的恆星系統。

正如我們所知道的那樣，太陽並不是一個典型的恆星，但它比宇宙中95%的恆星都要大。當研究進一步深入，將開始回答關於行星和生命的問題，而不僅僅是恆星。這是探索外太空包括太陽系以外空間的絕佳時間和機會！

博科園-科學科普｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B