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宇宙中出現奇怪圓圈,這是一種全新發現的天體嗎?

陳子翔_96
・2021/01/04 ・2420字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 文/陳子翔(現就讀師大地球科學系,EASY 天文地科團隊創辦者)

「WTF!這是什麼鬼?」大概就是不久前一群天文學家在電波觀測資料中發現下圖物體的反應。

編號ORC1的天體影像。圖/Bärbel Koribalski, based on ASKAP data, with the optical image from the Dark Energy Survey

圖片中央用藍綠色表示的圓形天體就是用電波望遠鏡拍攝的 ORC1,背景中的星系則是用可見光望遠鏡拍攝,並將影像疊合而成此圖。

天文學家表示,圖中可以觀察到 ORC1 中央有一個橘色的星系,但目前無法確認此星系與 ORC1 是實際上相關的天體,還是是兩個距離相差很遠的天體單純在視覺上疊在一起。

讓天文學家摸不著頭緒的怪東西

事情是這樣的,2019 年底,天文學家們在電波望遠鏡的觀測影像中,發現了一個神祕的環形物體,更有趣的是,經過仔細檢視比對與討論後,這群天文學家對於這個奇怪的物體究竟是什麼卻仍然摸不著頭緒,在困惑驚訝之餘就將它特別標示起來,還留下了「WTF」的註記。

不僅如此,經過檢視更多的觀測資料,他們還發現了好幾個類似的物體,代表這個身分不明的怪東西並不是絕無僅有的特殊案例!而天文學家也暫時將它們命名為「Odd Radio Circles」或縮寫成「ORCs」,也就是「奇怪電波圓圈」的意思。

找到未知神秘天體的興奮

想像一下,當一群天文學家,或是任何領域的科學家找到了某種未知的新東西,會有什麼反應呢?第一個反應大概就是「我好興奮呀!」而ORCs 的發現也不例外。「這真的是任何一個天文學家的夢想:在你的職涯中找到從來沒有人發現過的東西。」ORCs 發現團隊中一位天文學家在受訪時說道。

發現了暫時無法解釋的新東西,那是不是代表這群天文學家可以像阿基米德一樣大喊一聲「Eureka」,然後向大家宣布這就是一種全新天體了呢?等等,事情可沒這麼簡單呀!

網路上有「假訊息」,電波天文影像可能有「假訊號」?

要釐清 ORCs 可能是什麼,就像是面對選項超多的選擇題,當對於正確答案沒有頭緒時,至少可以先刪除比較不可能的選項,同樣的在「了解 ORCs 應該是什麼」之前,天文學家們也得先從「ORCs 應該不是什麼」下手。

首先第一個要檢視的是,這些在影像中的東西是「真的」嗎?

咦?啊不是都已經在影像中看到了,眼見為憑還可能是「假的」嗎?

沒有錯,其實要得到一張電波望遠鏡拍出的影像,並不是像我們平時拍照一樣按個快門就馬上可以看到照片的,電波望遠鏡在接收訊號後所得到的觀測資料並不是直接可用的影像資料,因此天文學家拿到一手的資料後,還必須透過電腦進行相當複雜的處理程序,而處理程序中天文學家也必須輸入適合的各項參數讓電腦進行運算,最後才能得到影像成果。

也由於望遠鏡接收到的訊號需要到電腦進行最後運算,這些過程中只要有什麼步驟出了問題,或是在軟體上出現的 Bug,都可能造成最後得到的影像不正確,也因此可能跑出「假訊號」。

為了避免假訊號的錯誤判讀,電波天文學家常常會利用「將同一筆資料給不同團隊處理」以及「用不同的電波望遠鏡,觀測同樣的天體」,交叉比對就可以大大降低誤判假訊號的可能性。例如家喻戶曉的 M87 黑洞影像,就是分別將觀測資料交由三支不同的團隊來處理喔!

而在這次 ORCs 的案例中,這支團隊也已經使用三個不同的電波望遠鏡陣列進行觀測,結果都觀測到了 ORCs 的存在,也因此能初步排除「假訊號」的可能性了。

著名的M87黑洞影像,為了避免資料處理過程的出錯造成最終影像的不正確,將原始資料交由三個不同的天文學家團隊處理。 圖/Wikipedia

抽絲剝繭調查ORCs的真面目,結果帶來的是更多的疑問

排除掉假訊號的可能後,下一個可以著手的就是確認 ORCs 有沒有可能是某種已知種類的天體。

ORCs 有幾項特徵,首先,它們的形狀是接近圓形或環形的,而且像是某種星雲。此外它目前只在電波觀測資料中被看見,也就是說像是哈伯太空望遠鏡這種以可見光或紅外線、紫外線等等波段的望遠鏡,目前是沒有觀測到 ORCs 的。在位置的分布上,ORCs 則主要分布在銀河盤面外(恆星數量較少)的位置。

而根據這些特徵天文學家就可以列出並檢視 ORCs 可能是什麼的候選者。例如超新星爆炸後的殘骸、恆星誕生速率超高的「星爆星系」(Starburst Galaxies)中,恆星集團產生的電波輻射,以及因前方大質量天體扭曲後方天體光線路徑產生的「愛因斯坦環」(Einstein rings),都是可能的選項,但這些選項目前也都已經根據 ORCs 的各項特徵被初步排除掉了。

因重力使光線彎曲所形成的「宇宙笑臉」,就是一種愛因斯坦環。圖/NASA

還有另外一個令天文學家難以判斷 ORCs 成因的因素,是目前我們還不知道這些 ORCs 的距離有多遠。而無法知道距離就無法知道 ORCs 實際在宇宙中倒底有多大。如果ORCs是銀河系內的東西,那它們可能數直徑數光年大的天體,但如果 ORCs 是存在於銀河系外其它星系的周邊,則 ORCs 就會是直徑數十萬光年大的天體,這大小可差了十萬倍呀!

總之,目前我們還是不知道 ORCs 到底是何方神聖,雖然天文學家們已經初步刪去了許多可能的選項,但對於 ORCs 的成因推測也還沒有收斂的明確方向。而 ORCs 究竟會是什麼?而它們的發現又有沒有可能在未來改變一些我們對宇宙的認識呢?就讓我們抱著好奇的心繼續看下去吧!

參考資料

  1. ‘’WTF?’: newly discovered ghostly circles in the sky can’t be explained by current theories, and astronomers are excited
  2. Norris, Ray P.; et al. (26 June 2020). “Unexpected Circular Radio Objects at High Galactic Latitude”
  3. First M87 Event Horizon Telescope Results. IV. Imaging the Central Supermassive Black Hole

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