[비즈한국] 螺旋星云（Helix Nebula）是宇宙爱好者们尤为钟爱的天体。在中心空旷的空间周围，环绕着一圈小巧圆润的气体残骸，而在其外侧，气体残骸向两侧扩散，呈现出微微扁平的椭圆形。它看起来就像宇宙中巨大的瞳孔。得益于其极具魅力的外观，它曾被选为2014年尼尔·德格拉塞·泰森（Neil deGrasse Tyson）主持的纪录片《宇宙》（Cosmos）的主画面。我去年出版的书《每天一片宇宙》也使用了该星云作为封面照片。
螺旋星云散布四方的气体云中央一片空旷。在那正中央，留存着一颗早已抛射掉外层大气、已经死亡的恒星尸骸——白矮星。天文学家长期以来认为，只有白矮星会独自存活并孤独地熄灭光芒。然而最近，人们发现这里竟然隐藏着一个令人惊讶的身份。就在此处，一颗被白矮星引力俘获的行星正经历着缓慢破碎、悲惨而壮丽的终局。在很久以前那颗恒星留下死亡痕迹的优美现场中心，竟然还在接二连三地发生着另一颗行星的死亡。
螺旋星云是位于宝瓶座方向约650光年外的气体云，是多年前像太阳一样的恒星消逝后留下的痕迹。这颗巨大的“宇宙之眼”目前直径约为5至6光年，且残骸至今仍以每秒30公里的速度持续扩散。多年前那颗恒星迎来死亡并抛射外层大气后，其内部结构暴露无遗，如今便成为了螺旋星云中心的白矮星 WD 2226-210。
尽管它是一颗不再进行核聚变的死亡星体，但由于它是恒星抛弃外壳后露出的核心，其温度非常之高，表面温度接近12万摄氏度。只是由于恒星体积太小，整体看起来比较昏暗。这颗白矮星的直径仅为太阳直径的2%左右。因为温度极高所以呈现出白光，又因其矮小，故称之为“白矮星”（White Dwarf）。
由于白矮星温度极高，通常会在紫外线等波长极短的光中观测到大量能量。但螺旋星云中心的这颗白矮星却有些异常。不仅是紫外线，在红外线领域也观测到了相当多的能量。21世纪中期，天文学家通过分析该白矮星跨波长的光谱，推测这种“红外线超量”现象是因为白矮星周围环绕着厚厚的尘埃盘。后续观测还在白矮星光谱中检测出了清晰的金属成分。一些天文学家据此推测，这可能是含有金属成分的小行星或行星被恒星吞噬后，导致白矮星被“污染”的痕迹。
基于这些观测，天文学家推测螺旋星云中心的白矮星周围，可能存在像太阳系柯伊伯带那样填充着大小碎石与小天体残骸的尘埃盘，或者是因为中心恒星生前拥有的彗星群依然像奥尔特云一样环绕着它。
2024年，科学家发现该中心白矮星的亮度正以特定周期波动。天文学家推测，这可能是因为仍有一颗行星存活并守护在旁。如果白矮星周围存在一颗海王星大小的气态行星，并以相对于星云本身约25度的倾斜轨道运行，便能解释观测到的亮度波动。基于此，天文学家推测白矮星身旁可能有一颗未被完全摧毁、幸存下来的行星在运行。当然，也不能完全排除白矮星亮度波动并非源于行星，而是白矮星本身不稳定所致的可能性。
除了这一点，螺旋星云中心的白矮星还有另一个困扰了天文学界近40年的谜团。自20世纪80年代起，天文学家就一直在此处捕获到无法解释的清晰X射线。但这很奇怪，通常X射线是由产生远比紫外线更极端能量的天体发出的。然而，行星状星云仅仅是恒星死亡后留下的痕迹。虽然存在炽热的白矮星，但仅凭白矮星自身无法解释螺旋星云中观测到的强烈X射线。也就是说，还需要某种其他因素。
在利用钱德拉X射线天文台数据进行的这项研究中，天文学家认为这可能是存在第二颗行星的证据。或许，螺旋星云中心的白矮星身旁曾拥有的不是一颗，而是两颗行星。其中一颗在恒星死亡时就因受到白矮星强引力的牵引而在其周围破碎，破碎的行星残骸快速被拖入白矮星内部；而另一颗幸存下来的行星则至今仍在其身旁徘徊。
天文学家推测，这里曾经存在过另一颗木星大小的巨行星，这颗行星在白矮星强引力的牵引下轨道逐渐缩小并被挤碎、摧毁。在此过程中，行星物质以极快速度坠向白矮星表面，在此过程中，这些物质会被加热至极端高温。随之，在中心白矮星周围形成了一个由灼热行星残骸组成的薄盘。这与黑洞吞噬恒星时在其周围形成的炽热盘——吸积盘的原理相同。
由于白矮星周围形成的吸积盘温度极高，完全可以产生X射线。如果这次分析属实，螺旋星云中心的白矮星可以被视为一个非常独特的现场。它可能不仅被普通的星际小行星带环绕，在更内侧还被一个灼热的吸积盘包围，呈现出一种内外由不同方式形成的尘埃盘共同环绕的景象。
从1992年的ROSAT卫星、1999年的钱德拉卫星，到2002年的XMM-牛顿望远镜，通过长达10年的太空望远镜观测，我们现在能够追踪螺旋星云中心白矮星正在发生的现象，甚至包括X射线的变化。有趣的是，这里的X射线并非一直恒定。它呈现出一种约2.9小时短周期的、强度时强时弱的规则韵律。天文学家认为，这种规律性正是证明白矮星身旁仍有物体以固定周期徘徊的有力证据。原本存在的木星级巨行星虽然已经消失，但该行星在被摧毁过程中留下的残骸，至今仍留在那里围绕着白矮星运行。
留在身边的存在也可能是质量较小的恒星，而非被摧毁的气态行星残骸。但相比行星，恒星自身的引力强得多，即使靠近白矮星也不会轻易破碎。因此，如果白矮星身旁的是一颗轻盈普通的恒星，就不会产生目前所观测到的清晰且有规律的X射线。所以天文学家推测，在螺旋星云的中心，正在发生白矮星吞噬气态行星的事件。
此次发现揭示了存在一种新型变星的可能性。我们所熟知的变星，是指已经过一定演化、不稳定恒星通过自我收缩与膨胀导致亮度波动的现象。而此次发现表明，即便是在一颗早已死去的恒星吞噬身旁幸存行星残骸的过程中，亮度也可能以类似的规律节奏发生波动。这不仅提供了关于恒星死亡过程的线索，也为深入探究宇宙各地以不同节奏波动的恒星故事提供了有趣的切入点。
螺旋星云正是太阳在50亿年后耗尽剩余寿命时将要呈现的样子。由于太阳也不是质量很大的恒星，它远达不到超新星爆发的程度，只会留下一个行星状星云。在此过程中，太阳会急剧膨胀，在最后时刻将外层大气抛向四方，中心仅留下一颗小小的白矮星便消失了。
p>到那时，我们的地球早已成为太阳的一部分，被吞噬已久。不过，像木星和土星这样距离太阳相对较远的气态行星，可能不会从一开始就瞬间瓦解，而是有幸存活下来，默默守候在化为白矮星的太阳身旁。而到了那时，我们的太阳系也将成为某人眼中一个巨大的“宇宙之眼”，深情地凝视着他们。螺旋星云既是一封最美的死亡遗书，也是一面预示我们50亿年后命运的镜子。
参考
https://chandra.cfa.harvard.edu/press/25_releases/press_030425.html
https://academic.oup.com/mnras/article/536/3/2477/7922854?login=false
作者池雄培（Ji Ung-bae）是谁？他热爱猫与宇宙。童年时看过《银河铁道999》后，便梦想着让更多人了解宇宙之美。目前在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论实验室研究通过星系相互作用进行的演化，并进行讲座与写作等多种科学传播活动。著有《暧昧天文台》、《整天想宇宙》、《星，光之科学》等书。