天体物理论文发表

这是天文学的又一创举。 近日，天文学家首次实时拍摄到一颗红超巨星生命结束时的图像。他们目睹了这颗恒星在最后爆炸成为超新星之前的垂死挣扎。观察结果与之前关于红巨星爆炸前行为的理论有出入。 一组天文学家通过夏威夷的两个天文台：位于毛伊岛哈雷阿卡拉的泛星(Pan-STARRS)天文台和位于夏威夷岛莫纳基亚的W. M. Keck天文台，观察了这一戏剧性的变化。他们的观测是“年轻超新星实验(YSE)”瞬态观测的一部分。他们在爆炸前的最后130天里观察了这颗名为SN 2020tlf的超新星爆炸。 介绍这一发现的论文标题是“最后时刻：发光的II型超新星2020tlf在质量损失增强之前的前体发射和表层膨胀”。这篇论文发表在《天体物理学杂志》上，主要作者是Wynn Jacobson-Galán，加州大学伯克利分校的NSF研究生研究员。 Jacobson-Galán在一份新闻稿中说：“这是我们在理解大质量恒星死亡前会做什么方面的一个突破。”“在一颗红超巨星中直接探测到超新星爆发前的活动，以前从来没有在一颗普通的II型超新星中观测到过。我们第一次看到了一颗红超巨星爆炸!” 这一发现可以追溯到2020年的夏天。那时，这颗原恒星的光度急剧上升。Pan-STARRS探测到这一变亮现象，当秋天到来时，这颗恒星爆炸成了现在的SN 2020tlf。这颗超新星属于II型超新星，在II型超新星中，一颗大质量恒星经历了快速坍缩，然后爆炸。 研究小组使用Keck天文台的低分辨率成像光谱仪(LRIS)捕捉到这颗超新星的第一个光谱。LRIS的数据显示，当恒星爆炸时，它周围出现了环绕恒星的物质。这些物质很可能是泛星观测系统在恒星爆炸前的夏天所看到的。 “Keck在提供大质量恒星转变为超新星爆炸的直接证据方面发挥了重要作用，”资深作者Raffaella Margutti说，他是加州大学伯克利分校天文学副教授。“这就像看着一颗滴答作响的定时炸弹。我们从未在一颗垂死的红巨星中确认过如此剧烈的活动，我们看到它产生如此明亮的发射，然后坍塌和燃烧，直到现在。”爆炸后，研究小组转向其他Keck仪器继续观测。来自深度成像和多目标光谱仪(DEIMOS)和近红外梯队光谱仪(NIRES)的数据显示，这颗前恒星的质量是太阳的10倍。这颗恒星位于大约1.2亿光年外的NGC 5731星系中。 该团队的观察结果对II型超新星及其前恒星有了一些新的认识。在这些观测之前，没有人看到过红超巨星在爆炸前呈现出这样的亮度峰值和如此强大的喷发。通常认为他们在最后的日子里应该相对比较平静。 红超巨星在核心坍缩之前喷射出物质。但这种物质喷射的时间尺度比SN 2020tlf要长得多。这颗超新星在坍缩前的130天里会发射环恒星物质(CSM)，这让它有点令人困惑。这颗恒星爆炸前的明亮闪光在某种程度上与喷射出的环恒星物质有关，但研究团队并不确定它们是如何相互作用的。 恒星内部导致坍缩的显著变异性令人费解。这颗恒星在爆炸前强烈的光爆表明，在它的内部结构中发生了未知的事情。无论这些变化是什么，它们都会在恒星坍缩和爆炸之前导致巨大的气体喷射。 在他们的论文中，作者讨论了可能导致气体喷射的原因。一种可能是波驱动的质量损失，这发生在恒星演化的晚期阶段。他们写道：“在SN能够将能量注入到外层恒星层之前的最后几年里，氧或氖的燃烧激发了引力波，导致了表层膨胀和爆发的质量损失。”但目前的波驱动模型与前恒星的气体喷射并不相符。它们与前恒星最后130天的半径一致，但与亮度爆发不一致。 在论文的结束语中，作者做了简要的总结：“鉴于从星云光谱中得出的前恒星质量范围，质量损失和前恒星辐射的增强，很可能是恒星内部深层不稳定的结果，最有可能与最后的核燃烧阶段有关。无论是在氖/氧燃烧阶段产生的引力波，还是在前恒星最后130天的硅闪光中产生的能量沉积，都可能喷射出恒星物质，然后在爆炸前通量和早期SN光谱中能被检测到。” “我对这一发现所解开的所有新的‘未知’感到非常兴奋，”Jacobson-Galán说。“探测更多像SN 2020tlf这样的事件将极大地影响我们如何定义恒星演化的最后几个月，将观测人员和理论人员联系起来，寻求解决大质量恒星如何度过它们生命的最后时刻的谜题。”

加利福尼亚州新兹威基瞬态设施的研究人员分析了 SpaceX的 星链卫星 星座 对地面天文观测的影响程度。结果好坏参半。 这篇新论文发表在《天体物理学杂志快报》上，由前加州理工学院博士后学者 Przemek Mróz 领导，提供了一些好消息和一些坏消息。好消息是，星链目前并未给使用新兹维基瞬态装置(ZTF) 的科学家带来问题，该设施位于圣地亚哥附近的加州理工学院帕洛玛天文台。ZTF每两天 使用光学和红外波长波段扫描一次整个夜空，以检测天体的突然变化，例如以前看不见的小行星和彗星、突然变暗的恒星或碰撞的中子星。 但这并不意味着从低地球轨道提供宽带互联网的 星链卫星没有产生影响。这项新完成的成果研究了2019年11月至2021年9月的 历史 数据，发现直接产生于 星链 的 5,301 颗卫星条纹。“这毫不奇怪，随着 SpaceX 部署更多卫星，受影响的图像数量随着时间的推移而增加，但到目前为止，ZTF 的观测业务尚未受到卫星条纹的严重影响，尽管在分析图像观察到卫星条纹数量有所增加的时期，”天文学家在他们的研究中写道。 坏消息与未来形势有关，庞大的卫星 星座 将如何影响未来几年的天文观测，尤其是在黄昏时分进行的观测。事实上，受 星链影响最大的图像是在黎明或黄昏时拍摄的。在 2019 年，卫星条纹在所有暮光图像中不到 0.5%，但到 2019 年 8 月，这一比例已上升至 18%。星链卫星在大约 550 公里的低轨道运行，导致它们在日落和日出时反射更多的阳光，这给黄昏时观测的天文台带来了影响。 天文学家在黎明和黄昏时进行观测，以寻找从我们的角度来看可能出现在太阳旁边的近地小行星。两年前，ZTF 天文学家使用这项技术探测到2020 AV2——第一颗完全在金星轨道内的小行星。新论文中表达的一个担忧是，当 星链达到 10,000 颗卫星时（SpaceX 预计到 2027 年将实现这一目标）在帕洛玛山天文台拍摄的所有 ZTF 图像都将包含至少一个卫星条纹。1月18日发射猎鹰 9 号火箭之后，星链 星座 将由2,000 多颗卫星组成。 波兰华沙大学的 Mróz 表示，他“预计 星链卫星不会影响非暮光图像，但如果其他公司的卫星 星座 进入更高的轨道，这可能会导致问题用于非暮光观察。” 例如，由英国一网卫星 星座 将在1,200 公里的运行高度运行。 研究人员还估计了由于单个卫星条纹而丢失的像素比例，发现它并不大。” 不大是指单个 ZTF 图像中所有像素的 0.1%。也就是说，“仅计算受卫星条纹影响的像素并不能捕捉到问题的全部，例如识别卫星条纹并将其掩盖所需的资源，或者错过第一次检测到物体的机会，”科学家写道. 事实上，正如加州理工学院的天文学家和该研究的合作者托马斯·普林斯在文章中指出的那样，存在很小的机会，即“我们会错过隐藏在卫星条纹后面的小行星或其他事件，但与天气的影响相比，例如多云的天空，这些对 ZTF 的影响相当小。” 科学家们还研究了 SpaceX 为降低星链卫星的亮度而采取的措施。这些措施于 2020 年实施，包括防止阳光过多照射卫星表面的遮阳板。这些措施已将 星链卫星的亮度降低了 4.6 倍，现在的亮度为 6.8 等（最亮的恒星以 1 等亮度发光，而人眼看不到更暗的物体6.0)。 目前的研究仅考虑了 星链对新兹维基瞬态装置的影响。每个天文台都会受到星链和其他卫星的不同影响，包括即将到来的薇拉.鲁宾天文台，预计它将受到庞大卫星 星座 的严重影响。由于无线电干扰、幽灵般的伪影的出现以及其他潜在问题，预计其他天文台也会遇到问题。

外面有那么多的星系、恒星和行星，就真的没有一个外星人?为什么我们还没有发现他们存在的迹象？这是费米悖论的核心问题。在一篇新论文里，两位研究人员提出了下一个显而易见的问题：人类文明需要存活多久才能收到另一个外星文明的消息？他们的答案是 40万年。对于一个只存在了几十万年、大约在 12000 年前才发明农业的物种来说，400000 年是一段很漫长的时光。这是根据对交流地外智能文明(CETI)的一些新研究得出的。论文题为《我们银河系中可能的 CETI 的数量和这些 CETI 之间的通信概率》。作者是北京师范大学天文系的宋文杰和何高。该论文发表在《天体物理学杂志》上。“作为地球上唯一先进的智慧文明，人类最困惑的问题之一是我们是否独一无二。在过去的几十年里，有很多关于地外文明的研究。”研究其他文明总是令人困惑的，因为我们只有一个数据点：地球上的人类。尽管如此，许多研究人员仍将这个问题作为一种思想实验，使用严格的科学指导方针。例如，2020 年的一项研究得出结论，银河系中可能有 36 个 CETI。“我们一直想知道以下问题的答案。首先，银河系中存在多少 CETI？这是一个具有挑战性的问题。我们只能从一个已知的数据点(我们自己)中学习。”作者写道。这就是德雷克方程的用武之地。基于我们对银河系不断增长的了解，德雷克方程试图估计我们银河系中可能有多少 CETI。但德雷克方程有其缺陷。例如，它的一些变量的取值纯粹依赖人类的直觉，所以由它估算出的文明数量是不可靠的。但德雷克方程更像是一个思想实验，而不是实际的计算工具。我们必须从某个地方开始，而德雷克方程就是一个出发点。它也是这项新研究的起点。“大多数关于费米悖论的研究都基于德雷克方程。这种方法明显的困难之处在于，要量化生命可能出现在合适的星球上并最终发展成先进的交流文明的概率是不确定和不可预测的。”那么，如果我们甚至不知道可能有多少个 CETI，又是如何得出 400000 年的答案呢？他们的论文概述了以前为了解银河系其他文明所做的一些科学努力。例如，他们引用了 2020 年的研究，估算银河系中有 36 个 CETI。这个数字来自涉及银河系恒星形成 历史 、金属丰度分布以及恒星在其宜居带内拥有类地行星的可能性的计算。那篇论文澄清说，“[T]外星智能和交流文明的主题将完全处于假设领域，直到做出任何积极的检测”。但他们也指出，科学家们仍然可以基于逻辑假设产生有价值的模型，“这至少可以产生对此类文明发生率的合理估计”。这项研究提出了一些相同的想法。它处理两个参数。第一个涉及有多少类地行星是可供居住，以及这些行星上的生命多久演变成 CETI。第二个是主星演化的哪个阶段会诞生CETI。研究人员在计算中为这些参数中的每一个都赋予了一个变量。生命出现并演化成CETI的概率为(fc)，主星演化所需的阶段为(F)。宋和高 使用这些变量的不同值进行了一系列 Monte Carlo 模拟。他们得出了两种情况：乐观的前景和悲观的前景。乐观情景使用 F = 25% 和 fc = 0.1%。因此，在 CETI 出现之前，一颗恒星的生命周期必须至少达到 25%。对于每个类地行星，CETI 出现的几率只有 0.1%。这些乐观的变量取值创造了超过 42000 个 CETI，这听起来很多，但考虑同时出现的时间窗口，则大大减少了通信机会。此外，我们还需要再生存 2000 年才能实现双向通信。这听起来几乎触手可及。但这是让宇宙看起来很友好并被其他欢迎文明居住的乐观情景。也许他们中的一些人已经在互相交谈，我们只需要加入群聊。现在是悲观的情况。在悲观情景中，F = 75%，fc = 0.001%。因此，一颗恒星要到更老的时候才能拥有 CETI，并且任何单个类地行星拥有 CETI 的概率下降到微乎其微。这种悲观的计算在银河系中只产生了大约 111 个 CETI。更糟糕的是，我们还需要再活 40 万年才能与他们进行双向交流。 (从这角度来看，星际迷航开始于 22 世纪中叶。)这就是大过滤器的用武之地。大过滤器是阻碍物质变成生命然后发展成为先进文明的东西。作者提出了这个话题：“然而，有人提出，由于许多潜在的破坏，例如人口问题、核毁灭、突然的气候变化、流氓彗星、生态变化等，文明的寿命很可能是存在自我限制的。如果世界末日论点是正确，对于某些悲观的情况，人类在灭绝之前可能不会收到来自其他 CETI 的任何信号。”科学家们在他们的论文中写道：“fc 和 F 的值充满了许多未知数。”我们无法确定地知道这些东西，但我们不得不去 探索 它。这是人性的一部分。他们写道：“目前尚不确定有多少比例的类地行星可以孕育生命，而生命演化为 CETI 并能够向太空发送可探测信号的过程是高度不可预测的。”人类会遇到另一个文明吗？这是我们最引人注目的问题之一，几乎可以肯定，现在看到此文的人永远不会有答案。或者，很可能，我们永远不会有答案，而大过滤器会阻止我们找到答案。但是，如果人类需要一个目标，一个可以坚持的目标可以保持希望，那么与另一个 CETI 交流的梦想可能会实现。