美国 - 艾赫巴里通讯社
星系中最冷的“恒星”可能实际上是外星巨型结构
自物理学家弗里曼·戴森于1960年首次提出“戴森球”的概念以来，它就一直吸引着科学家和科幻爱好者。这个理论上的巨型结构，被设想为一种让高度发达的文明能够利用其宿主恒星的总能量输出来的方式，已经成为寻找地外智能（SETI）的主要目标。虽然戴森球——或者更现代的解释，由许多更小的组件组成的“戴森群”——的概念仍然是理论性的，但天文学家们正在积极寻找探测这类结构的方法。
一篇新论文，已在arXiv上预印本形式发布，并将很快在《Universe》杂志上发表。该论文由阿肯色大学的Amirnezam Amiri撰写，深入探讨了这个问题。这项研究旨在确定最有可能发现戴森球或戴森群的恒星类型。这一研究可以显著地改进我们寻找外星技术信号的策略。
毫不奇怪，主要的候选者之一是红矮星。这些恒星是我们银河系中最常见的类型，其特点是核燃料消耗速度极其缓慢。这种缓慢的燃烧赋予了它们极其漫长的寿命，可能长达数万亿年——远远超过宇宙目前的年龄。此外，与我们的太阳相比，红矮星相对较小。根据这项研究，理论上可以在红矮星周围建造一个戴森群，距离其表面0.05到0.3天文单位（AU），这需要相对较低的材料成本。
白矮星是另一个引人注目的候选者，在材料成本方面可能更具优势。这些是我们太阳等恒星的密集、冷却的残骸，它们已经耗尽了核燃料并坍缩了。它们收缩到极小的半径，通常只有其原始尺寸的1%左右。对于白矮星，戴森群可以安装得更近——距离恒星表面仅数百万公里。这种近距离将大大降低围绕更大的恒星建造如此巨大的结构所带来的工程复杂性。白矮星还能在数十亿年里稳定地辐射能量，为先进文明提供稳定、长寿命的能源。
识别这些潜在巨型结构的关键在于它们将如何改变其宿主恒星的可观测特征。天文学家通常使用赫茨普龙-罗素（H-R）图来根据恒星的温度和光度对其进行分类。然而，戴森球将根本性地改变恒星在该图上的外观。根据定义，戴森球捕获了恒星几乎所有的辐射能量。由于能量既不能被创造也不能被毁灭，所以捕获的能量必须被重新辐射。球体本身将主要以热量或红外光的形??式辐射能量，而不是可见光。因此，恒星-戴森球系统将与未被包裹的恒星看起来显著不同。
在H-R图上，被戴森球包围的恒星将显著向右移动，表明其有效温度低得多。虽然总光度可能保持不变（因为能量守恒并被重新辐射），但其光谱分布将完全改变。球体将会以红外辐射的形式辐射恒星的能量。由于H-R图通常使用总波长范围内的光度（即全波段的能量输出），该系统可能出现在相同的垂直位置，但其水平位置将表明其温度远低于恒星本身。典型的红矮星位于H-R图的右下角，表面温度约为3000开尔文（K）。然而，围绕它的戴森球的有效温度可能低至50 K。如此低的温度在天然存在的恒星中是找不到的，这使得表现出这些特征的天体成为戴森群探测的首选候选者。
另一个关键指标是缺乏尘埃。天然恒星，特别是拥有行星系统的恒星，通常会显示出硅酸盐尘埃的光谱特征，这表明存在星周盘。戴森球是一种由光滑面板构成的人工结构，因此不会被周围的尘埃包围。因此，对托管戴森群的恒星系统的光谱分析将显示出惊人地“干净”的尘埃特征。
“群”模型承认建造一个完整、实心球体所面临的巨大工程挑战。计算表明，即使对于较小的恒星，由于材料应力和引力作用，实心球体也是物理上不可能实现的。而“群”概念，通过收集器面板之间故意留下的间隙或厚度变化，使得结构更加可行。然而，这些间隙可能导致恒星行为异常。当群旋转时，这些间隙会在观测到的光变曲线——即亮度随时间变化的模式——中引起波动，产生非自然的亮度模式，天文学家可以探测到这些模式。
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）凭借其在红外光谱中无与伦比的灵敏度，非常适合探测戴森球的热信号。WISE等较旧的仪器也正在用于这项搜索。最近的研究，包括2024年5月发布的Project Hephaistos（赫菲斯托斯计划）的工作，在五百万颗恒星中识别出七个潜在的戴森球候选者，它们都是红矮星。其中一个候选者后来因背景中存在一个超大质量黑洞而排除，该黑洞模仿了异常读数。尽管如此，仍有五个候选者值得进一步调查。Amiri的新论文为天文学家提供了一个增强的分析工具，改进了识别这些难以捉摸的技术信号的标准，使我们离可能回答“我们是孤独的吗？”这个问题又近了一步。
