Rubin追踪摩天大楼般大小的小行星与失败的超新星

# 鲁宾追踪摩天大楼大小的小行星、失败的超新星以及星际访客 | Quanta Magazine 来源：https://www.quantamagazine.org/rubin-tracks-skyscraper-size-asteroids-failed-supernovas-and-interstellar-visitors-20260515/ 天文学家正在为大数据天文学的新时代做准备，而成果已开始显现。 ## 引言 多年来，人们一直期待位于智利阿塔卡马沙漠山区的薇拉·C·鲁宾天文台开始观测。该项目最初于20世纪90年代中期构想为暗物质望远镜，鲁宾天文台的设计目标是以前所未有的精细度，研究我们不断运动和变化的宇宙。在接下来的十年里，每隔几天，鲁宾天文台就会对南半球的整个夜空进行一次成像，从而制作出世界上最大的延时电影。 仅在鲁宾天文台运行的第一年，科学家们就预计它将发现100万颗尚未被发现的小行星——这相当于人类在过去200年里记录到的所有小行星的总数——以及数千颗彗星和数十亿颗恒星与星系。 “我们从未经历过这样的天文学发现大爆发，”美国国家光学红外天文研究实验室的天文学家萨拉·格林斯特里特说。 在帕琼山顶为建造鲁宾天文台的基石铺设后的十多年，这座天文台如今已成为现实。它配备了一台拥有三面反射镜的望远镜，其中最大的一面直径达8.4米，以及一台汽车大小的数字相机，这是地球上最大的相机。它已经开始收集初步图像。 “我们真的拿到了鲁宾的数据，这感觉有点不真实，”北爱尔兰贝尔法斯特女王大学的天体物理学家马特·尼科尔说。“看到新发现不断涌现，真是梦想成真。” 天文学家们正在仔细研究这些初步数据，并对他们的发现感到满意：快速旋转的小行星；大量爆发的恒星；甚至罕见地捕捉到了一个来自其他太阳系的天体飞掠而过的景象。“它确实不负众望，”澳大利亚科廷大学的天文学家迈克尔·弗雷泽说。 ## **旋转的小行星** 在天文台进行最终调试阶段，鲁宾的图像尚未达到科学家们预期的清晰度。但鲁宾的一些科学研究，包括对小行星和彗星的搜寻，对图像质量的依赖程度较低。这意味着，即使在目前已拍摄的图像中，天文学家也已经能够做出一些发现。 2025年6月，鲁宾发布了一组在“初光”期间拍摄的图像，其中包括1500颗新发现的小行星的照片。今年1月，研究人员宣布，其中19颗小行星在旋转，且速度特别快。在这些“超高速自转天体”中，最快的一个名为2025 MN45，其直径几乎是帝国大厦高度的两倍，每1.88分钟完成一次自转。 虽然科学家此前也发现过旋转更快的小行星，但那些通常要小得多——直径在10米到数百米之间。对于像2025 MN45这样大小的小行星，其平均直径约为700米，“我们原本没想到会找到（旋转）快于10分钟的小行星，”华盛顿大学的德米特里·瓦维洛夫说，他是该发现论文的合著者之一。 人们认为，大多数这个大小的小行星是碎石堆，是由岩石在引力作用下松散聚集而成的。但2025 MN45必定具有更坚固的结构；否则其自身的自转就会将其撕裂。该论文的第一作者格林斯特里特表示，它可能是来自早期太阳系、早已死亡的行星核碎裂后的碎片，在一次碰撞中破碎，并在过去的45亿年里在太空中疯狂旋转。 鲁宾天文台发现的大量小行星可以帮助科学家拼凑出我们太阳系的历史。天文学家认为，行星在最初形成时彼此距离要近得多，但它们随着时间的推移迁移到了现在的轨道。格林斯特里特说，发现具有特定运动模式的小行星——例如与海王星同步运行的轨道——可能有助于我们追溯这种迁移。 科学家们还希望，鲁宾天文台能够极大地推动探测那些在撞击地球前、只有几米大小的小行星的努力。这些小行星被称为“即将撞击天体”，它们大多在大气层中燃烧殆尽，在天空中产生耀眼的火球。 最近的模拟显示，鲁宾天文台每年可能会发现大约一个这样的天体。更重要的是，“它应该能提前几天看到它们，而不是像现在的望远镜那样只能提前几个小时，”领导这项模拟工作的弗雷泽说。这可以给天文学家足够的时间前往撞击地点，亲眼目睹整个过程，或者寻找任何落到地面的陨石。“我们可以派人出去，放置一大堆传感器，从相机到次声波探测器，”他说。 此外，还可能向公众发出有关此类事件的警报，以便他们观看天空中的闪光。“我们可以告诉人们出去看看，因为我们知道将会出现一个美丽的火球，”弗雷泽说。 ## **超新星群** 鲁宾天文台将在第一年创建一张夜空的基础地图，科学家们会将后续图像与这张模板图进行比较。一个自动警报系统会在发现变化时发出通知，例如爆炸的恒星或飞行的小行星。 鲁宾天文台于2026年2月24日首次测试了其警报系统。通过拍摄一片此前巡天项目已建立起足够模板的天空区域，鲁宾天文台在单单一晚上就发出了80万次警报。 “所有发生变化、出现或消失的天体都被编目并触发了警报，”牛津大学的斯蒂芬·斯马特说。斯马特担任Lasair的科学负责人，Lasair是为帮助天文学家从鲁宾海量数据中筛选发现成果的七个数据中介机构之一。 一旦今年夏天全面巡天开始，预计鲁宾天文台每晚将产生700万次警报和20TB的数据。 仅举一个例子来说明这股数据洪流将如何改变我们对宇宙的理解：看看超新星吧，它们是疲惫恒星临终前的辉煌绝唱。 早在20世纪90年代末，两个天文学家团队利用不到100颗“Ia型”超新星的观测结果，对我们的宇宙做出了一项革命性的发现：由于一种尚属神秘的被称为暗能量的力量，宇宙的膨胀正在加速。一旦鲁宾天文台全面投入运行，研究人员预计一年内就能发现25万颗这样的超新星。 科学家们希望鲁宾的超新星数据能够帮助解决哈勃张力问题，即观测结果显示近期宇宙的膨胀速度似乎比根据早期宇宙预测的要快。“我们希望收集大量的Ia型超新星样本，以便更详细地探究这种加速，”斯马特说。 斯马特还对寻找“失败的超新星”感兴趣，这类超新星发生在恒星向内坍缩而非向外爆炸时。矛盾的是，它们可能起源于质量最大的恒星。2026年2月，科学家们在仙女座星系中确定了一个可能的候选体。 凭借其图像卓越的细节，鲁宾天文台非常适合发现这类事件，在这些事件中，恒星在爆炸中消失，其亮度之微弱，其他巡天项目难以察觉。“它比其他巡天项目要暗100倍，”斯马特说。 ## **远方的访客** 鲁宾天文台也可用于追踪穿越我们太阳系的奇异天体。传统上，要捕捉到这些速度极快的旅行者很困难——至少在没有能够快速识别出非常暗淡天体的巡天项目的情况下。科学家们迄今只观测到三个这样的星际天体——即从其他恒星系统中被抛射出来并飞向太阳系附近的小行星和彗星——这让我们得以窥见其他太阳系的物质。鲁宾天文台已经证明了自己发现它们的能力。 科学家于2025年7月1日宣布观测到一颗名为3I/ATLAS的星际彗星。发现它并没有用到鲁宾天文台，而是通过一个由另外四台望远镜组成的网络——即小行星地球撞击最后警报系统，该系统通常发现附近形成的天体。 其他天文学家随后通过查阅鲁宾的初步数据，发现该天文台在更早的10天前就已经探测到了3I/ATLAS。如果在鲁宾巡天期间出现类似的远方来客，天文学家将会收到警报。 科学家们不确定鲁宾天文台究竟会发现多少个星际天体，但他们预计至少会发现一些。“可能是5到500个，”这取决于这些天体从其原系统中被抛射出来的频率，芬兰赫尔辛基大学的天体物理学家罗斯玛丽·多尔西说。“我乐观地认为会有一些，但如果没有，那将是一个非常有趣的问题。” ## **测量距离** 天文学家确定太空中某一天体距离的一种方法是研究其光线。当光线在膨胀的宇宙中向地球传播时，它会向电磁波谱的红端偏移。红移越大，光线拉伸得越多，其源头距离地球就越远。 鲁宾的预览数据使科学家能够测试它通过一种称为“光度红移”的技术测量光线的能力，这将使其能够绘制整个宇宙中的星系图，以探究暗能量和暗物质。“预览数据告诉我们这些光度红移的精确度将会如何，”科廷大学的天文学家克里斯汀·达格说。达格表示，鲁宾的性能至少与其他尖端望远镜不相上下，但它将测量更多星系的红移——在它将发现的200亿个星系中，大约有40亿个。 达格预计，这些数据还将帮助科学家研究快速射电暴，即天空中明亮且无法解释的无线电波闪光，可能与被称为磁星的高度磁化恒星有关。虽然鲁宾望远镜无法探测到无线电波，但光度红移数据将帮助科学家计算出快速射电暴的距离，前提是这些快速射电暴能够被定位到鲁宾可以测量的宿主星系，这可能有助于科学家确定触发它们的过程。 所有这些仅仅是科学家们对鲁宾天文台上线后探索内容的一小部分预期。随着它的启动，天文学的一个新时代即将开始。 “鲁宾每晚将产生如此多的数据、如此多的警报，以至于每个人都将很难跟上（信息的）步伐，”弗雷泽说——这是一个挑战，但也是一个令人愉快的难题。