红矮星干扰宇宙生命：德米特里·韦伯谈恒星之谜

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我们的一生都取决于星星。多亏了它，我们才能呼吸，因为没有阳光就没有光合作用。我们的身体是由曾经诞生于古老巨星深处的重原子构成的。俄罗斯科学院天文研究所物理与恒星演化系主任、著名空间科学普及者德米特里·维贝（Dmitry Vibe）在一次演讲中谈到了如此美丽、威力恐怖但尚未得到充分研究的发光体。 Pro Cosmos 专访。

如何看待明星诞生的时代？

-那么，让我们从头开始吧。自从大爆炸以来。宇宙诞生了——第一批恒星在什么时间之后诞生？或者至少正在为它们的出现创造条件？

“根据现代观念，需要几亿年的时间才出现适当的条件。就在那时，第一次气体凝结开始出现。其中一些密度足够大，自身引力将它们压缩到足以引发热核反应的程度。我们粗略地想象这个时间，因为正是在那个时代，宇宙发生了再电离。

最初，宇宙是电离的——也就是说，质子和电子彼此分开存在。但随后，随着物质冷却，它们重新结合，变成中性原子。但下一次，电离被认为是在已经开始出现的恒星的紫外线辐射的影响下发生的。

因此，再电离时代大致概述了宇宙最终开始充满恒星（以及其他一些紫外线辐射源）的时期。唯一的问题是，这个时代在很大程度上仍然是我们观察不到的。詹姆斯·韦伯望远镜有望为许多问题提供答案，但目前这些更多的是理论建构。

——这些先锋明星与现代明星有何不同？除了化学成分之外还有什么？

- 激进的！化学成分的差异在这里发挥了根本作用。不管听起来多么矛盾，为了让物质在压缩过程中适当升温——达到热核反应开始的程度——它必须首先……冷却。

如果我们的物质最初很热，它就不会压缩。更准确地说，当压缩时，它将开始升温，热压力将停止该过程。不会出现任何星星。这意味着在初始压缩过程中，不断释放的热能必须在某个地方被移除。

在我们这个时代，“散热器”的角色是由重元素扮演的——硅、氧、氮，而且不再是气态，而是已经以固体物质的形式存在，即灰尘。

对于重元素含量为零的恒星来说，这种散热器不起作用。即使是比太阳重 10 倍的团块也不会变成恒星。为了使物质在这种条件下继续压缩，其质量必须大于现代恒星的质量。多得多。根据现代估计，我们正在谈论数千（！）个太阳质量。

— 是否有机会在银河系内找到这样的恒星或它们最近的后代？

— 我们已经看到我们周围的恒星仅富含少量重元素。这不是一个群体，而是个体样本，但它们确实存在。有些恒星的重元素含量比太阳低一百万倍！但即使这个数量也足以让散热器以某种方式工作。

重元素含量为零的恒星最受关注。但是，正如您所记得的，它们都非常巨大。巨星们恪守摇滚音乐家的座右铭——“活得快，死得早”。

要找到它们，你需要看得很远，观察至少 15-20 的红移。这是大爆炸之后的几亿年。然后它们出现了，度过了短暂而明亮的一生，作为超新星爆炸，将第一批重元素分散到它们周围，从而将恒星的形成几乎转移到了现代政权。这是宇宙演化过程中一个非常短暂的阶段，之后一切都已经回到了一些更熟悉的轨道。

— 例如，在古代恒星爆炸后会形成分子云。渐渐地，它开始凝结。在什么时候我们可以说我们正在观察一颗原恒星，而不仅仅是云中的一团？为什么一个原恒星会出现在某个地方，有时是两个，有时是一个公司同时出现？

——严格来说，这些问题没有明确的答案。我们了解一般情况，但尚未完全了解各种变化。

所以，有一个物质块。他很冷。他很冷。比如说，它的温度为 10 开尔文。由于某种原因，它的形成在引力上不稳定——这意味着它迟早会在自身质量的作用下开始收缩。因此它不断收缩，但暂时内部仍然保持寒冷——这要归功于这种散热机制。

但这样的美感不能持续太久，因为散热器是辐射的。只要云层保持相对透明，辐射就会悄悄地离开系统。但是，一旦云由于密度增加而失去透明度，其深度就会在辐射的影响下开始迅速升温。

当然，一切不会立即变得不透明——首先，星云中会形成更致密的核心，并开始主动升温。当核心加热到至少数百度，并且我们的望远镜将其记录为紧凑的红外辐射源时，我们可以开始将其视为原恒星。

两倍、三倍和……六倍

— 当其内部爆发成熟的热核反应时，这是否标志着一颗年轻恒星的诞生？

- 是的。当然，他们需要一段时间才能完全爆发。但从现在开始我们谈论的是明星。现在来谈谈为什么我们有单星、双星、三星等等。首先，只要看一下分子云就足以了解恒星从来都不是生来就完全孤立的。

存在“恒星形成区域”这样的东西——这总是一个一定体积的空间。我们无法指出天空中哪一个地方诞生了一颗恒星。他们中的绝大多数都是由相当大的群体组成的。

此外，这些群体中的各个原恒星团块也在旋转。为什么是一个单独的问题（说实话，我们并不完全知道），事实本身很重要。

这意味着除了热压力之外，还会有另一种力作用于凝块——离心力。你见过花样滑冰运动员如何在冰上旋转吗？双臂张开后，它们缓慢旋转，但一旦将它们压在身体上，就会瞬间加速。

原恒星云的行为方式相同：当它们收缩时，它们会加速，仅仅是因为它们的半径减小。然后出现所谓的离心屏障，防止进一步压缩。而一团物质克服它的方法之一就是分裂成两个碎片，这将形成两颗恒星。

当然，我们可以想象更大的气体团块——来自三颗、四颗或更多。但在这里，很难在高多重性系统和小型星团之间划清界限。

— 但如果我们尝试实现它，例如，我们会发现一颗围绕 N 颗恒星旋转的行星。这个N可以取的最大值是多少？

— 从我们实际观察到的情况来看，双星周围存在着行星系统。但显然，我们不能期望更高的多样性。

当然，我们知道系统的多样性相当高——即使是六星系统也可以有很多名字。例如，著名的 Mizar/Alcor 系统只是一个六轮系统。但这并不意味着所有这六颗恒星都像蜜蜂一样在一个蜂群中旋转。为了可持续发展，这些系统必须是分层的。

同一个开阳星是两对围绕彼此旋转的恒星。阿尔科 (Alcor) 是另一个围绕四重开阳星运行的双星系统。也就是说，系统的多重性越大，它在空间中占据的体积就越大。如果我们在这里添加行星......

首先，系统只有在最多绕双星运行时才会稳定。其次，对于行星系统的出现，必须首先存在一个形成该行星系统的气尘盘。但它不可能无限巨大，根本不会凝聚在某个六星周围。

— 许多人认为太阳是一颗“经典”恒星。例如，当我得知银河系中四分之三的恒星是红矮星时，我感到非常惊讶。但如果你不感到惊讶，而是尝试去理解：这是为什么？恒星越小，形成的可能性就越大？

- 显然，是的。但这里有两点。

一方面，已发现恒星的分布表明，新生恒星的质量极有可能约为太阳的一半。质量较大的恒星要少得多，质量较小的恒星也少得多，但还有第二个细微差别。事实上，我们对他们的看法也很糟糕。它们很暗淡。因此，这里也可能存在一些扭曲。

— 我们还没有提到褐矮星，对吧？

— 是的，还有褐矮星——从未完全变成恒星的天体。但也可能存在具有行星质量的自由飞行物体，甚至还没有为它们发明一个单独的名称——因为我们还没有正确记录它们。但恒星的典型质量是太阳的一半。它必然是一颗红矮星。

玛莎和熊区以及红矮星

但当他们报告发现一颗“可能适合”生命存在的新行星时，他们最常谈论的也是红矮星系统。但许多天体物理学家，例如鲍里斯·斯特恩，强调红矮星是一颗极其不适合其附近存在生命的恒星。事实上，为什么？

——不幸的是，你的评论是公平的。事实上，经过仔细检查，红矮星被证明是非常活跃的恒星。例如，太阳也是一颗活跃的恒星，它身上经常会发生一些过度行为。但如果我们谈论数字，那么有时会在其上观察到能量为每 1032 尔格几个单位的耀斑。同时，太阳的光度为3.8/1033 erg/s。也就是说，即使是最强大的耀斑给我们带来的能量也比整个太阳在一秒钟内发出的能量少十倍。

所有的太阳活动对于太阳释放的总能量来说都是如此微小的补充。但对于红矮星来说，情况就不同了。那里可能会发生更强大的耀斑——与红矮星的整体能量相比，这是相当显着的。

另外，这里还有一个细微差别。如果我们不仅想找到一颗行星，而且还想找到一颗至少可能适合居住的行星，那么它必须与其恒星保持一定的距离。更准确地说，在一定的距离区间内，这就是所谓的宜居带。

——还是金发姑娘区？

- 嗯，这是西方流行的术语，但我们不太清楚。如果我们把它翻译成我们的民间传说，那就是玛莎和熊区。我们对同一个童话故事的重新想象。

— 玛莎和熊区听起来好多了！所以？

- 是的。需要有一定的间隔。行星不能靠近恒星——否则水会蒸发。而且距离不能太远——她会冻僵的。但我们无法想象没有水的生活……当然，也许这一切都是我们想象的问题，而且它确实存在。但就目前而言，液态水是我们的必要成分。

红矮星是一颗温度低得多的恒星，它的“玛莎和熊区”也更近。正因为如此，行星发现自己直接受到攻击性耀斑的“攻击”。所以，是的，红矮星有很多行星，包括类地行星，还有一些位于宜居带，但这并不是热情的理由。红矮星并不是最适合在其附近出现生命的恒星，更不用说智慧生命了。

太阳超级耀斑可能会导致整个国家断电。

— 关于明星还有哪些问题尚未解决？这里面是否还有什么未解之谜呢？

- 有很多谜团。我会尝试列出关键的。首先，与太阳直接相关的——太阳活动的本质。正如我已经说过的，太阳是一颗活跃的恒星，我们知道其他恒星上也会发生或大或小的类似现象。但我们对它们发生的原因并没有深入的了解。更不用说太阳活动的周期性与什么有关，这种周期性是其他恒星的特征，它如何取决于恒星的年龄……

另外，这个问题也直接影响到我们。作为生物体，我们不太容易受到太阳活动的影响，但我们非常依赖的电子产品却很容易受到太阳活动的影响。

还有其他问题。例如，我们研究所正在积极从事化学奇特恒星的研究。这些恒星由于某种原因具有不寻常的表面成分——富含一些意想不到的元素，例如钡、汞、锰或稀土金属。如此数量的它们来自何处尚不清楚。

存在与恒星演化后期有关的问题，此时恒星已经变成红巨星。它的外壳如何变化？在这个壳中可以发生什么化学过程而不是核过程？恒星中的尘埃颗粒是如何形成的？它们的化学成分是什么？结构？那么它们如何进入星际介质呢？

当然，一个非常大的谜团是大质量恒星生命的最后阶段。嗯，是的，我们知道它们的演化以超新星爆炸结束。但关于超新星爆炸的具体机制，以及爆炸到底是如何在三维空间中发生的、爆炸的球面不对称程度如何、有多少能量可以进入喷流、残余物到底是如何等，仍然存在很多疑问。形成于中心恒星。

这些是现在正在积极研究的问题——毕竟，我们实际上刚刚有了研究它们的新方法。首先，中微子和引力波的观测。

“现在，为期十一年的太阳活动正接近其顶峰。您的个人直觉是怎样的——在接下来的两年里，天文学家将会发现哪些意想不到的事情？

“我谨表示谦虚的希望，希望我们不会学到任何特别新的东西。” 因为与太阳活动相关的主要问题之一是我提到的太阳耀斑的最大能量有多少。是否会发生更强大的爆发？

——比X级还要强大？

- 不完全是 - 按照分类都是X级，但是怎么X级呢？到目前为止，如果我没记错的话，有记录的最强大的照明弹是 X-28。但太阳上会发生更强烈的排放吗？这个问题有点令人烦恼。

每次大量的能量释放都会导致磁暴——地球磁场的扰动。正如我们在学校物理中所记得的那样，交变磁场会产生电流。它开始流到不该流的地方。由于不同的原因，这对我们来说是不愉快的。

据计算，功率比我们现在观察到的强100倍的耀斑可能会导致某种全球现象。可以想象，如果全国范围内停电，那将是多么令人沮丧。

“大约 100 年前我们甚至不会注意到这一点。” GOELRO 计划什么时候在那里生效？

- 是的，一百年前。在这段时间里，我们在我们周围创造了一个舒适的人造自然，但在某种程度上我们却成为了它的人质。这就是为什么我愿意相信太阳不会为我们准备任何这样的惊喜。有迹象表明，它确实没有能力进行如此强大的打击，而我们实际看到的爆发是它愤怒的顶峰。我希望第 25 次太阳活动最高峰不会阻止我们这样做。

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