超高速的恆星 速度達光速三分之一

納米比亞天空划過的恆星。

外星人會搭流星的便車來地球嗎？

由於太空的廣袤無窮，星星們看起來就像天體的固定裝置一樣，在夜空中紋絲不動。事實上，恆星一直在宇宙中快速移動，有的移動速度可達每秒數千甚至數萬公里。天文學家發現，在銀河系中存在著無數此類的超高速恆星，它們大多是從黑洞中心被拋射出來，然後逃離銀河系。如果有兩個超大質量黑洞相互作用，甚至可能會拋射出超級超高速恆星，速度甚至可達三分之一光速。迄今為止，科學家共發現約二十多顆超高速恆星，他們甚至猜想，這些恆星可能會充當外星生命的星際運輸車。

這種超高速恆星的速度大約是世界上最快速火車運行速度的十萬倍，是人類歷史上最高速宇宙飛船飛行速度的一千倍，也就是說，在你穿上襪子的瞬間，這些恆星已經環繞地球轉了好幾圈。總之，速度快得驚人。一些天體物理學家指出，按道理這些恆星可以移動得更快一些——甚至接近光速。由於這些超高速恆星可能擁有自己的行星，從而令科學家猜想，恆星可能充當著外星生命的星系際運輸機的角色。但是，你不用設想能夠發現可逃逸出銀河系的恆星。每秒一千公里左右的速度已經非常快了，足夠令一顆恆星沖入廣袤寂寞的太空中。大約在10年前，科學家才發現這些被稱為超高速的恆星，迄今為止共發現大約二十多顆超高速恆星，正在逃離銀河系。科學家還在努力尋找更多這樣的恆星。

儘管被冠以超高速恆星之名，但是這些恆星並非是目前已知移動速度最快的恆星。移動速度最快的頭銜當屬於銀河系中心超大質量黑洞周圍高速旋轉的恆星，其中一顆的速度高達每秒12000公里。由於這些巨型黑洞的重量是太陽的四百萬倍，因此其附近的恆星即使移動速度如此之高，也無法逃離黑洞的引力。然而，這些恆星在將超高速恆星踢出銀河系的過程中，發揮了不可或缺的作用。1988年，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室天體物理學家傑克-希爾描述了一次假想性相遇，即一個超大質量黑洞與一個雙星系統相遇。在雙星系統中，兩顆恆星會互相環繞旋轉。希爾意識到，如果雙星靠得太近，與黑洞的重力之舞將會把其中一顆恆星以每秒數千公里的速度拋出。於是，他將這些被放逐的恆星稱之為超高速恆星。與此同時，黑洞會將另一顆恆星拉入一個緊湊的軌道。

在宇宙中移動的恆星。

蛇夫座ζ星，一顆穿越太空的超高速恆星。

然而，多年來，一直無人關注這個理念，畢竟沒有誰觀測到有恆星逃離銀河系。在2005年，美國哈佛-史密森天體物理中心科學家沃倫-布朗，在銀河系中搜尋過一種明亮的藍色恆星，並通過追蹤它們的移動以及銀河系對其的重力影響，試圖測量出銀河系的質量。然而最後的結果是，他發現恆星的移動速度的確非常快，恆星逃離銀河系的速度高達每秒853公里。布朗表示：「這個速度超過我之前觀測到的任何星體。」一次偶然的機會，他看到了希爾的研究論文，這篇論文看似很好地解釋了他的發現。布朗宣稱：「如果銀河系的正中心有一個超大質量的黑洞，這個黑洞就會不時地將恆星彈射出銀河系。」依照這種機制，在中央黑洞周圍，將有許多恆星在緊湊的軌道上繞行，這一現象剛好是科學家所觀測到的。

受這一發現支持，布朗及其他科學家開始搜尋更快速的恆星。如今，他們已經發現二十多顆這樣的恆星——這一數量剛好相當於銀河系黑洞拋射恆星的頻率。布朗表示：「這類恆星的數量還在增加。很有可能，即使這些恆星目前距離銀河系足有成百上千光年，但是這些恆星的確曾經是在銀河系的中心孕育而成的。」然而，布朗還有更多的發現。他探測到一些恆星體積巨大，呈藍色，非常明亮——比太陽亮一百倍——之所以能發現它們，不過是因為它們在銀河係數不清的恆星中特別耀眼突出。布朗表示，據預測在銀河系附近可能存在約一千顆超快速恆星，這些恆星很可能體積更小，亮度更弱，以至於難以發現。

為了確切知道一顆恆星是否會逃離銀河系，科學家需要確定其速度。隨著一顆恆星逐漸遠離，其光芒變得越來越紅，拉出更長的波長。因此，通過測量一顆恆星的光譜——光被分散為其組成光波長——看有多少被轉換成更紅的色彩，科學家可以確定恆星的速度。但是，這種測量手段僅顯示出恆星在視線範圍內的移動速度，要計算出其真實速度，需要知道其運行軌道——要測量恆星划過天空的速度，需要極其精密的測量工具，這遠遠超出了目前的科技能力。恆星運行軌道的確定還將顯示其是否真的來自銀河系的中心。所幸的是，歐洲航天局的「蓋亞」號宇航飛船能做到這一點。「蓋亞」號宇宙飛船於2013年發射升空，正對銀河系中約十億的恆星進行速度和位置的測量。一旦測量任務結束，科學家預計「蓋亞」號將識別出更多的超高速恆星，這將有助於他們更好地了解銀河系。

這些超高速恆星孕育誕生於銀河系中心，之後被拋射出去，它們的速度與特性將有助於我們探索了解中央黑洞附近繁忙熱鬧與擁擠不堪的環境。這些恆星還將有助於科學家對銀河系中的所有物質進行繪圖。布朗解釋說：「任何偏離軌道的現象，都顯示出其下存在某種物質的拉力作用。」銀河系中的大多數物質都是由神秘莫測、不易看見的物質組成，它們被稱之為暗物質。要弄明白這些暗物質是什麼，科學家需要知道，在銀河中存在多少這樣的物質，它們是如何分布的。

黑洞會吸引恆星。

兩顆恆星繞著共同的重心旋轉，像滑冰者一樣快速轉動。

一顆詭異的超高速恆星

儘管大多數超高速恆星看似都源自銀河系中心，但並不是所有的超高速恆星都是如此。事實上，已知最快的超高速恆星US708，向外移動速度為每秒1200公里(每小時四百多萬公里)，其起源就截然不同。在布朗看來，這顆恆星非常詭異。一個科學家小組於2005年發現了US708，當時測量其速度為每秒750公里。直至今年，歐洲南方天文台天文學家史蒂芬-蓋爾帶領研究團隊發現，超高速恆星US708的移動速度遠遠高於2005年測量的這一數據。

通過對比來自「泛星計劃」巡天的觀測數據與追溯自20世紀50年代的檔案圖像，科學家完成了一項目前「蓋亞」號宇宙飛船正對其它恆星進行的觀測任務：確定恆星US708在天空的運行活動，披露了其速度與軌道。顯然，US708不是源自銀河中心，因此排除了其黑洞起源。

科學家猜想，US708是在一次巨型爆炸中被拋射出來的，第一線索就是US708屬於一種被稱為熱亞矮星的罕見恆星類型。然而在過去，它曾是一顆普通的恆星。根據假設，它是帶有一顆白矮星的雙星系統的一部分。白矮星是一種低光度、高密度、高溫度的演化到末期的恆星殘餘物。US708與白矮星處於一個緊湊的軌道，在正常的衰老過程中，US708擴張成為一顆紅巨星，并吞噬了這顆白矮星。與此同時，這顆白矮星繼續繞軌道運行。伴隨著這種運動，US708的外層被刨去，僅剩下炙熱的、燃燒氦的內核，於是US708變成了一顆亞矮星。接下去，這兩個星體繞對方旋轉軸上升，在發射重力波的過程中失去能量——重力波是宇宙時空結構中的漣波。最後，兩個星體更加靠近，亞矮星開始向白矮星拋灑氦。越來越多的氦聚積在一起，點燃核聚變，導致內核爆炸以及白矮星毀滅。蓋爾解釋說：「氦的核聚變比太陽中氫的核聚變更為劇烈，它的發生過程不是緩慢的，而是電光石火般的一瞬間。」

在爆炸之前，兩顆恆星繞著對方軌道非常高速地旋轉——據計算約為每10分鐘一次。因此，當白矮星一爆炸，就再沒有任何物質可以緊緊抓住US708，於是這顆亞矮星就被迅速拋射出去。這個過程很像兩個手拉手旋轉的滑冰者，一旦一方放手，另一方就飛速旋轉出去。US708是目前觀測到的衝出銀河系速度最快的一顆恆星，不過這個速度已經到達峰值，因為它曾如此靠近其夥伴旋轉，這個速度已經是其力所能及的最高速度了。那麼問題就來了：如果不是通過恆星爆炸，如何能加速恆星的移動速度呢？

一顆恆星會沖入更深的太空中。

被拋出宇宙的一顆恆星。

超級超高速恆星

哈佛-史密森天體物理中心天體物理學家艾維-李歐伯和詹姆斯-古拉什認為，答案的關鍵可能在於超大質量的黑洞。然而，與其它超高速恆星不同的是，需要兩個黑洞而不止是一個黑洞來進行解釋。如果存在兩個超大質量的黑洞——質量是太陽的數百萬甚至數十億倍——以及一顆恆星，它們的相互作用力就能將一顆恆星踢出，速度為已知任何超高速恆星速度的十倍。

這些高速交會可以相當頻繁地發生於宇宙中。幾乎每個星系，如銀河系的中心都有一個超大質量的黑洞，並且星系與星系之間相互吸引，經常發生碰撞。一旦星系與星系發生碰撞，兩個中央黑洞就會朝對方中心運動，最後融合。撞進來的恆星要麼跌入黑洞，要麼留在星系中被拋到一旁，要麼被完全拋射出去。

在這些被拋射出的恆星中，絕大多數的速度與普通超高速恆星速度相當，僅有百分之一的速度會超過每秒一萬公里，達到每秒十萬公里，或者是光速的三分之一。古拉什表示：「最值得我們關注的是，超過每秒一萬公里的速度，因為的確沒有別的途徑可以令恆星加速到如此高的速度。」

然而，在我們可以觀測到的宇宙中，存在著數萬億這樣超級超高速恆星，移動速度會猛增到光速的百分之十，其中僅有幾千顆可抵達銀河系的鄰近區域。這個數量聽上去挺多，但事實上，它們僅占銀河系中所有恆星的數億分之一，因此很難發現。不過，古拉什稱，還是有可能探測發現這些恆星。下一代天文望遠鏡，如詹姆斯-韋伯太空望遠鏡或者位於智利的大型綜合巡天望遠鏡，就可以部分探測到這些恆星。由於普通超高速恆星的移動速度太慢，移動距離不遠，因此這些超級超高速恆星能夠覆蓋大面積地面。古拉什稱：「這些獨特的恆星基本上是從宇宙的一端穿梭到了另一端。」

銀河系中心的一個黑洞。

印度的夜空。

科學家確信，這些恆星的一小部分將變得速度更快。如果一個超大質量黑洞迅速旋轉，一顆恆星隨之繞同一方向沿軌道轉動，隨之而來的第二個黑洞將以近光速的速度將這顆恆星拋射出去。亞光速恆星將成為最終的航天員，快速穿過廣袤的星際空間。一顆行星可以繞這些恆星軌道運行，如果軌道足夠緊湊——相比較地球與太陽之間的距離——這顆行星就能在星系的驅逐中存活下來。古拉什表示，由於黑洞附近的惡劣環境，生命很難進化下去。即便有這種可能，這些恆星將成為外星生命穿梭星系之間的一個工具。不需要任何昂貴的宇宙飛船。當然，這個場景看上去更像是科幻小說。不過，當你以後抬頭仰望夜空，注視這些閃亮的星星時，可以想像一下有關外星生命穿梭的場景。

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