上帝的權杖？天文學家在星云深處發現500億公里鐵棒

2025年,歐洲天文學家團隊在指環星云里發現了一個詭異的東西。

一根鐵棒。

不是比喻,是真的鐵棒。一根長達500億公里、質量相當于火星的鐵質棒狀結構,筆直地橫貫在這個著名星云的中央。

這個發現發表在《英國皇家天文學會月刊》上,倫敦大學學院和卡迪夫大學的天文學家主導了這項研究。論文發表后,整個天文學界都在問同一個問題:

這根鐵棒是哪來的?

指環星云:夜空中最美的遺物

指環星云,天文學家叫它梅西耶57,是北半球夜空中最著名的天體之一。

1779年,法國天文學家夏爾·梅西耶第一次發現它。從那以后的246年里,無數天文愛好者和專業天文學家用各種望遠鏡觀測過它。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡拍攝的紅外圖像,更是讓這個星云的細節展現得淋漓盡致。

這個星云是怎么來的?它是一顆恒星臨終前的遺物。

當一顆類似太陽的恒星燒完核燃料后,會把外層氣體拋射出去,形成一個彩色的氣體殼。這個殼層在宇宙中慢慢擴散,形成我們看到的星云。

幾十億年后,我們的太陽也會以類似的方式死去,把外層拋向太空,留下一個像指環星云這樣的結構。

但現在,天文學家在這個被研究了246年的星云里,發現了一個從未見過的東西。

WEAVE:新望遠鏡看到了新世界

這根鐵棒是用一臺新儀器發現的,叫WEAVE(威廉·赫歇爾望遠鏡增強區域速度探測器)。

WEAVE安裝在西班牙拉帕爾馬島的威廉·赫歇爾望遠鏡上,這臺望遠鏡口徑4.2米,是歐洲最大的光學望遠鏡之一。WEAVE最厲害的地方是它的"大積分場單元"(LIFU),這是一束由數百根光纖組成的探測器。

它能做什么?它能在星云的每一個位置同時獲取光譜數據。

光譜就是把光分解成不同波長,就像三棱鏡把陽光分解成彩虹。通過分析光譜,天文學家可以知道那里有什么元素,溫度多高,運動速度多快。

論文第一作者、倫敦大學學院和卡迪夫大學的羅杰·韋森博士說:"雖然指環星云已經被許多不同的望遠鏡和儀器研究過,但WEAVE讓我們以全新的方式觀測它,提供了比以前多得多的細節。"

"通過在整個星云上連續獲取光譜,我們可以在任何波長創建星云的圖像,并確定任何位置的化學成分。"

"當我們處理數據并滾動瀏覽圖像時,有一樣東西清晰得不能再清晰地跳了出來——這條以前完全未知的四倍電離鐵原子'棒',就在那個熟悉而標志性的圓環中間。"

一根500億公里長的鐵棒

這根鐵棒有多大?

它的長度大約是冥王星繞太陽軌道的500倍。冥王星到太陽的平均距離是60億公里,這根鐵棒的長度就是500億公里左右。

它的質量呢?研究團隊估算,這根鐵棒的鐵原子總質量,相當于整個火星的質量。

火星的質量是6.4×1023公斤,也就是640萬億億公斤。這么多鐵原子,聚集成一根棒狀結構,筆直地橫在星云中央。

從形狀上看,這根鐵棒恰好卡在星云內層的橢圓形結構里。星云的外環是明亮的氧離子發出的光,呈現出紅、黃、綠等色彩。而這根鐵棒,發出的是四倍電離鐵原子的特征光譜。

四倍電離鐵,意味著每個鐵原子被剝掉了4個電子,處于高度電離的等離子體狀態。這種狀態只會在極高溫度下出現。

這根鐵棒是哪來的?

現在的問題是:這根鐵棒到底是怎么形成的?

研究團隊坦承,他們也不知道。

"我們確實需要知道更多——特別是是否有其他化學元素與新發現的鐵共存,因為這可能會告訴我們應該追求哪一類模型,"倫敦大學學院的珍妮特·德魯教授說,"現在,我們缺少這個重要信息。"

不過,研究團隊提出了兩種可能的解釋。

第一種可能:恒星拋射物的殘留結構。

當中心恒星拋射外層氣體時,拋射過程可能不是均勻的。某些方向上的拋射可能更強或更弱,導致某些物質被壓縮成特殊的形狀。鐵棒可能就是這種不均勻拋射留下的產物。

但這個解釋有個問題:為什么只有鐵?星云里還有氧、氮、碳等元素,為什么偏偏是鐵形成了這根棒?

第二種可能:行星被蒸發了。

這個解釋更加勁爆。

當中心恒星膨脹成紅巨星時,它會吞噬周圍的行星。如果一顆巖石行星被吞噬,它會在恒星的高溫下蒸發,釋放出大量重元素,包括鐵。

地球的地核主要成分就是鐵。如果一顆類似地球的巖石行星被中心恒星吞噬,它的鐵核可能會被蒸發成等離子體,然后在星云中凝聚成某種特殊的結構。

這根鐵棒,可能就是一顆死去行星的遺骸。

需要更多證據

目前,兩種解釋都有可能,但證據還不夠。

研究團隊正在進行后續研究,計劃用WEAVE的更高光譜分辨率模式重新觀測指環星云,希望能找到更多線索。

"我們需要知道這根鐵棒里是否還有其他元素,"韋森博士說,"如果有,那會告訴我們很多信息。如果只有鐵,那又是另一回事。"

另外,研究團隊還想知道:指環星云里的這根鐵棒,是不是獨一無二的?

"如果指環星云里的鐵棒是獨一無二的,那會非常令人驚訝,"韋森博士說,"所以我們希望,隨著觀測和分析更多以同樣方式形成的星云,我們會發現更多這種現象的例子,這將幫助我們理解鐵從哪里來。"

WEAVE目前正在進行8項巡天觀測,覆蓋從附近的白矮星到非常遙遠的星系。德魯教授領導的"恒星、星周和星際物理"巡天項目,正在觀測北天銀河系中更多的電離星云。

如果在其他星云里也發現了類似的鐵棒,那就能確認這是一種普遍現象。如果沒有,那指環星云里的這根鐵棒,可能記錄了某個極其特殊的事件。

一個行星的葬禮?

讓我們回到第二種解釋:行星蒸發。

如果這根鐵棒真的是一顆行星的遺骸,那它講述的就是一個悲壯的故事。

幾十億年前,指環星云的中心恒星還是一顆正常的主序星,和今天的太陽差不多。它周圍可能有行星系統,也許有巖石行星,也許有氣態巨行星。

然后,恒星的核燃料逐漸耗盡,它開始膨脹,變成一顆紅巨星。它的表面溫度下降,但體積劇烈膨脹,吞噬了內側的行星。

一顆巖石行星,可能類似地球或火星,被膨脹的恒星吞沒。它的表面被燒成氣體,地幔被汽化,最后連鐵核都被融化、蒸發,變成高溫等離子體。

然后,恒星拋射出外層氣體,形成今天的指環星云。而那顆行星蒸發后的鐵原子,在某種尚不清楚的機制下,凝聚成一根500億公里長的棒狀結構,漂浮在星云中央。

這是一顆行星的葬禮,也是一個行星系統的終結。

而幾十億年后,太陽也會膨脹成紅巨星,吞噬水星、金星,甚至可能吞噬地球。那時,地球的鐵核會不會也被蒸發,在太陽拋射的星云里留下一根類似的鐵棒?

夜空中還有多少秘密?

指環星云被發現246年了,被無數望遠鏡觀測過,但直到2025年,我們才在它中央發現這根鐵棒。

這說明什么?說明即使是研究得最透徹的天體,也可能藏著我們從未見過的秘密。

格羅寧根大學的斯科特·特拉格教授是WEAVE項目的科學家,他說:"在北半球天空觀察者鐘愛的夜空寶石中,發現這個迷人的、以前未知的結構,展示了WEAVE的驚人能力。我們期待這臺新儀器帶來更多發現。"

WEAVE剛剛開始工作,未來五年它會觀測數千個天體。也許在其他星云里,我們會發現更多鐵棒;也許我們會發現完全不同的、更奇怪的結構。

宇宙比我們想象的更復雜,也更美麗。一顆恒星的死亡,可能吞噬了整個行星系統,然后在星云中留下一根鐵棒,作為那個世界曾經存在的唯一證據。

幾十億年后,太陽也會死去,地球也會消失。也許未來某個文明會用他們的望遠鏡觀測太陽留下的星云,然后發現一根鐵棒,疑惑地問:

這是哪來的?

參考

R. Wesson et al, WEAVE imaging spectroscopy of NGC 6720: an iron bar in the Ring, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf2139