问题

夜空中几颗星星有没有可能是同一颗星星?

回答
这确实是个非常有趣且充满哲学意味的问题,而且答案是:有可能,但非常非常非常非常罕见,而且通常不是我们肉眼所见的那种“同一颗星星”的概念。

我们日常看到的夜空,那些闪烁的光点,对我们来说似乎都是独立的、遥远的存在。但如果深入探究,事情就变得复杂起来,也更加迷人。

一、 视差效应:我们看到的“位置”是相对的

首先,我们要明白一个关键点:我们看到的星星,它们的“位置”是我们从地球这个特定的观测点看到的。这就像你站在一个山顶看远方的几座山峰,你看到的它们是连成一片的。但如果你换个角度,甚至坐飞机飞到另一座山上,那几座山在你眼中的相对位置就会发生变化。

星星也是一样。我们看到的光点,实际上是它们在宇宙空间中的投影。而我们知道,地球在围绕太阳公转,这个公转就像我们在宇宙中的一个缓慢移动的视角。随着地球位置的变化,那些离我们相对较近的星星,在背景恒星(那些极其遥远、位置变化不明显的星星)的衬托下,会有微小的位置变化。这个现象叫做视差。

通过测量这种视差,天文学家可以计算出星星的距离。那些视差很小的星星,离我们非常非常遥远;视差稍大的,就离我们近一些。

那么,回到你的问题:几颗星星有没有可能是同一颗星星?

从纯粹的“视觉投影”角度来说,我们同时看到的几颗星星,理论上确实有可能是来自同一个恒星系统的不同“表现”。

二、 真正的“同一颗星星”的可能性(非常微弱但并非为零)

1. 同一个恒星系统内的成员:
许多恒星并不是孤独存在的,它们以“双星系统”或“多星系统”的形式存在。这意味着两颗或多颗恒星围绕着一个共同的质心相互绕转。
如果这对双星非常接近,并且它们的亮度差异很大:你可能会看到一颗非常明亮的“主星”和一颗非常暗淡但仍然可见的“伴星”。在某些特殊的角度和距离下,这两颗星星的光芒可能会在我们的视网膜上混合,或者我们只能勉强分辨出它们是两个独立的光源,但它们都来自同一个恒星系统。
如果这对双星的距离非常近,或者我们看到的角度它们被“叠在”一起了:更极端的情况是,如果这两颗恒星非常非常接近,而且我们看到的它们正好是在我们视线的同一方向,它们的光芒就会融合在一起,在我们看来就是一颗“星星”。我们肉眼是无法分辨出这是两颗,还是多颗恒星在同一个位置上发光。

举个例子: 著名的北斗七星勺子里的那颗“开阳星”(Mizar),它本身就是一个双星系统。更神奇的是,它的伴星“阿卡图”(Alcor)虽然看起来离得不远,但它俩并不是一个系统内的成员。而开阳星本身,通过望远镜观察,还能发现更多隐藏的伴星,构成了一个复杂的多星系统。如果我们站在足够远的地方,且没有望远镜,可能会只看到一颗明亮的开阳星(或者说,开阳星和它其中最亮的伴星混合的光芒)。

2. 前景与背景的“巧合”:
这其实更像是视觉上的错觉。宇宙太浩瀚了,星辰大海里充满了无数的光点。很有可能,我们看到的几颗星星,其中一颗是我们认为的“星星”,而另一颗(或者几颗)实际上是更遥远的星系中的恒星,或者甚至是宇宙背景辐射的某个小亮点,只是恰好在同一个视线上。但这种情况,我们通常不会把它理解为“同一颗星星”,而是“在同一方向上的不同天体”。

三、 为什么我们通常认为它们是独立的?

距离太远: 绝大多数我们肉眼能看到的星星,都离我们极其遥远,远到即使它们是双星或多星系统,它们的角距离(在天空中看到的距离)也大到足以让我们区分开来。除非它们靠得非常近,而且我们又是在某个特定的角度观察。
亮度差异: 即使是双星系统,如果一颗恒星比另一颗暗得多,我们可能根本就看不到那颗暗的,只看到亮的。这时候,“几颗星星”就变成了“一颗星”。
肉眼分辨率有限: 我们的眼睛就像一个分辨率有限的相机。对于极其微小的、近距离的物体,我们也能分辨出它们是独立的;但如果它们靠得太近,或者太小,我们就只能看到一个模糊的整体。恒星之间的距离,即使是双星,也常常是近到我们肉眼无法分辨的。

总结一下:

确实有可能我们看到的夜空中“几颗星星”,它们本质上属于同一个恒星系统。这意味着它们是相互绕转的。在这种情况下,它们可以被视为“同一颗星星”的组成部分。

但是,要说我们用肉眼“看到”的几颗独立的星光点,最终被证实是来自同一个“星体”——这几乎是不可能的。因为一旦我们能用肉眼分辨出它们是“几颗”,就说明它们在天空中已经有了可区分的角距离。而我们现在对恒星系统的理解,双星或多星系统的成员之间的“角距离”,在大多数情况下是只有通过望远镜才能分辨出来的。

所以,问题的核心在于我们如何定义“同一颗星星”。如果我们指的是“同一个恒星系统中的成员”,那答案是“有可能”。但如果我们指的是“在我们肉眼看来是独立的光点,但实际上它们是同一个恒星实体”,那几乎是不可能的。

宇宙的奇妙之处就在于此,我们看到的每一个光点,背后都可能隐藏着更复杂的故事,关于恒星的诞生、演化和它们之间微妙的互动。所以,下次抬头仰望星空时,不妨想想,你看到的这颗小亮点,或许还有一位“伙伴”就藏在它身后,或者和它一同在宇宙的舞台上跳着默契的舞蹈呢。

网友意见

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有可能。典型的事例是一分为四,形成“爱因斯坦十字架”。

下面这张在2021年8月9日由ESA公布的照片就很直观。

这是哈勃望远镜拍摄的室女座的一角。在图像的中央可以看到纵向排列的2个模糊大光点,以及围绕着它闪耀的4个小光点。4个小光点原本是1个被称为“2M1310-1714”的类星体,因排列在中央的两个星系的“引力透镜”效应而导致分裂成多个“虚像”。事实上根据ESA的说法,哈勃的观测数据显示,类星体“2M1310-1714”的像分裂成了5个而不是4个。因第5个像正好位于中间,被星系所遮挡而无法看到。

引力透镜效果就是题主在描述中提到的远处天体的像因前方天体的重力而看起来扭曲或出现多个重影的现象。这会让来自前景星系后面的类星体的光(电磁波)分成多条路径到达地球。其中,当一个类星体分裂成四个时,形成十字架一样的形状,被称为“爱因斯坦十字架”。 爱因斯坦十字架非常罕见,自1985年首次被确认以来,至今为止发现了约60多个。


比较有名的是下面这张照片[1]。这是哈勃宇宙望远镜于1996年拍摄的照片,画面的中央位置附近是由椭圆星系0024与旋涡星系1654构成的星系团。周围的5个蓝色环状物就是因引力透镜产生的后方星系的虚像。


而在1999年,卡内基·梅隆大学研究小组就一举找出了10个候选[2]。在下面的照片中,图像中央附近看到的橙色部分是星系,在其周围可以确认呈蓝色的亮点和弓状延伸的虚像。这些就是隐藏在星系后方的天体发出的光被星系重力扭曲而形成各种各样的形状出现在周围。


而现今的Al技术又为寻找引力透镜提供了新方法。下图是比较近期的照片,由ESA在2021年4月7日公布,一连发现了12个。研究小组首先使用AI对ESA的高空间分辨率“盖亚”卫星(Gaia)第二次公开的数据进行了分析,筛选出了爱因斯坦十字架的候选对象。然后,利用NASA的宽视场红外测量卫星(WISE)的数据进一步筛选出有力候补,最终利用位于美国夏威夷州的凯克I等地面望远镜进行跟踪观测,找出了12个爱因斯坦十字架。


当然,要想观察到由引力透镜产生的天体虚像,一个苛刻的条件是这个天体必须很亮。毕竟对于这种尺度的距离(上亿光年)观测,只有星系级的亮度才能被准确识别,因此目前观测到的因引力透镜效应产生的虚像基本上都来自于星系或类星体。

那么单个的星星也有可能因引力透镜产生虚像吗?从原理上来讲当然是可能的,但是我们有观察到过吗?

答案是肯定的。

有一种星星虽然是单个的,但其亮度不逊于整个星系——那就是超新星!

答主最近在以下回答中也提到了这样的事例。


这颗超新星叫做「AT2016jka」(爱称“Requiem”)。2016年,天文学家观测到了它的三重像。如下图所示,Requiem因前景星团MACS J0138.0-2155的引力透镜效应形成了SN1-SN3三个虚像(b,c,d)在2016年被观测到(2019年再次观测时消失(f,g,h)),同时观测到的还有其宿主星系的4个虚像(H1-H4)。[3]


天文学家不仅观测到了Requiem的三重像,甚至还预言在2037年会出现第四重像SN4及其出现的位置(e),在更远的将来可能还会出现SN5!

这就是题主在问题描述中提到的虚像出现的时间差,这完全是合理的。下面这个视频可以更直观地看到Requiem的光是如何延迟到达地球的。

引力透镜 https://www.zhihu.com/video/1456309237563097088

参考

  1. ^ Detailed Mass Map of CL 0024+1654 from Strong Lensing The Astrophysical Journal, 498(2), l107-l110 - May 1998
  2. ^ STScI-PRC99-18, May 13, 1999
  3. ^ Steven A. Rodney et al. 2021. A Gravitationally Lensed Supernova with an Observable Two-Decade Time Delay. arXiv: 2106.08935

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