[비즈한국] 螺旋星雲（Helix Nebula）是宇宙愛好者們尤為鍾愛的天體。在中心空曠的空間周圍，環繞著一圈小巧圓潤的氣體殘骸，而在其外側，氣體殘骸向兩側擴散，呈現出微微扁平的橢圓形。它看起來就像宇宙中巨大的瞳孔。得益於其極具魅力的外觀，它曾被選為2014年尼爾·德格拉塞·泰森（Neil deGrasse Tyson）主持的紀錄片《宇宙》（Cosmos）的主畫面。我去年出版的書《每天一片宇宙》也使用了該星雲作為封面照片。
螺旋星雲散佈四方的氣體雲中央一片空曠。在那正中央，留存著一顆早已拋射掉外層大氣、已經死亡的恆星屍骸——白矮星。天文學家長期以來認為，只有白矮星會獨自存活並孤獨地熄滅光芒。然而最近，人們發現這裡竟然隱藏著一個令人驚訝的身份。就在此處，一顆被白矮星引力俘獲的行星正經歷著緩慢破碎、悲慘而壯麗的終局。在很久以前那顆恆星留下死亡痕跡的優美現場中心，竟然還在接二連三地發生著另一顆行星的死亡。
螺旋星雲是位於寶瓶座方向約650光年外的氣體雲，是多年前像太陽一樣的恆星消逝後留下的痕跡。這顆巨大的“宇宙之眼”目前直徑約為5至6光年，且殘骸至今仍以每秒30公里的速度持續擴散。多年前那顆恆星迎來死亡並拋射外層大氣後，其內部結構暴露無遺，如今便成為了螺旋星雲中心的白矮星 WD 2226-210。
儘管它是一顆不再進行核聚變的死亡星體，但由於它是恆星拋棄外殼後露出的核心，其溫度非常之高，表面溫度接近12萬攝氏度。只是由於恆星體積太小，整體看起來比較昏暗。這顆白矮星的直徑僅為太陽直徑的2%左右。因為溫度極高所以呈現出白光，又因其矮小，故稱之為“白矮星”（White Dwarf）。
由於白矮星溫度極高，通常會在紫外線等波長極短的光中觀測到大量能量。但螺旋星雲中心的這顆白矮星卻有些異常。不僅是紫外線，在紅外線領域也觀測到了相當多的能量。21世紀中期，天文學家透過分析該白矮星跨波長的光譜，推測這種“紅外線超量”現象是因為白矮星周圍環繞著厚厚的塵埃盤。後續觀測還在白矮星光譜中檢測出了清晰的金屬成分。一些天文學家據此推測，這可能是含有金屬成分的小行星或行星被恆星吞噬後，導致白矮星被“汙染”的痕跡。
基於這些觀測，天文學家推測螺旋星雲中心的白矮星周圍，可能存在像太陽系柯伊伯帶那樣填充著大小碎石與小天體殘骸的塵埃盤，或者是因為中心恆星生前擁有的彗星群依然像奧爾特雲一樣環繞著它。
2024年，科學家發現該中心白矮星的亮度正以特定週期波動。天文學家推測，這可能是因為仍有一顆行星存活並守護在旁。如果白矮星周圍存在一顆海王星大小的氣態行星，並以相對於星雲本身約25度的傾斜軌道執行，便能解釋觀測到的亮度波動。基於此，天文學家推測白矮星身旁可能有一顆未被完全摧毀、倖存下來的行星在執行。當然，也不能完全排除白矮星亮度波動並非源於行星，而是白矮星本身不穩定所致的可能性。
除了這一點，螺旋星雲中心的白矮星還有另一個困擾了天文學界近40年的謎團。自20世紀80年代起，天文學家就一直在此處捕獲到無法解釋的清晰X射線。但這很奇怪，通常X射線是由產生遠比紫外線更極端能量的天體發出的。然而，行星狀星雲僅僅是恆星死亡後留下的痕跡。雖然存在熾熱的白矮星，但僅憑白矮星自身無法解釋螺旋星雲中觀測到的強烈X射線。也就是說，還需要某種其他因素。
在利用錢德拉X射線天文臺資料進行的這項研究中，天文學家認為這可能是存在第二顆行星的證據。或許，螺旋星雲中心的白矮星身旁曾擁有的不是一顆，而是兩顆行星。其中一顆在恆星死亡時就因受到白矮星強引力的牽引而在其周圍破碎，破碎的行星殘骸快速被拖入白矮星內部；而另一顆倖存下來的行星則至今仍在其身旁徘徊。
天文學家推測，這裡曾經存在過另一顆木星大小的巨行星，這顆行星在白矮星強引力的牽引下軌道逐漸縮小並被擠碎、摧毀。在此過程中，行星物質以極快速度墜向白矮星表面，在此過程中，這些物質會被加熱至極端高溫。隨之，在中心白矮星周圍形成了一個由灼熱行星殘骸組成的薄盤。這與黑洞吞噬恆星時在其周圍形成的熾熱盤——吸積盤的原理相同。
由於白矮星周圍形成的吸積盤溫度極高，完全可以產生X射線。如果這次分析屬實，螺旋星雲中心的白矮星可以被視為一個非常獨特的現場。它可能不僅被普通的星際小行星帶環繞，在更內側還被一個灼熱的吸積盤包圍，呈現出一種內外由不同方式形成的塵埃盤共同環繞的景象。
從1992年的ROSAT衛星、1999年的錢德拉衛星，到2002年的XMM-牛頓望遠鏡，透過長達10年的太空望遠鏡觀測，我們現在能夠追蹤螺旋星雲中心白矮星正在發生的現象，甚至包括X射線的變化。有趣的是，這裡的X射線並非一直恆定。它呈現出一種約2.9小時短週期的、強度時強時弱的規則韻律。天文學家認為，這種規律性正是證明白矮星身旁仍有物體以固定週期徘徊的有力證據。原本存在的木星級巨行星雖然已經消失，但該行星在被摧毀過程中留下的殘骸，至今仍留在那裡圍繞著白矮星執行。
留在身邊的存在也可能是質量較小的恆星，而非被摧毀的氣態行星殘骸。但相比行星，恆星自身的引力強得多，即使靠近白矮星也不會輕易破碎。因此，如果白矮星身旁的是一顆輕盈普通的恆星，就不會產生目前所觀測到的清晰且有規律的X射線。所以天文學家推測，在螺旋星雲的中心，正在發生白矮星吞噬氣態行星的事件。
此次發現揭示了存在一種新型變星的可能性。我們所熟知的變星，是指已經過一定演化、不穩定恆星透過自我收縮與膨脹導致亮度波動的現象。而此次發現表明，即便是在一顆早已死去的恆星吞噬身旁倖存行星殘骸的過程中，亮度也可能以類似的規律節奏發生波動。這不僅提供了關於恆星死亡過程的線索，也為深入探究宇宙各地以不同節奏波動的恆星故事提供了有趣的切入點。
螺旋星雲正是太陽在50億年後耗盡剩餘壽命時將要呈現的樣子。由於太陽也不是質量很大的恆星，它遠達不到超新星爆發的程度，只會留下一個行星狀星雲。在此過程中，太陽會急劇膨脹，在最後時刻將外層大氣拋向四方，中心僅留下一顆小小的白矮星便消失了。
p>到那時，我們的地球早已成為太陽的一部分，被吞噬已久。不過，像木星和土星這樣距離太陽相對較遠的氣態行星，可能不會從一開始就瞬間瓦解，而是有幸存活下來，默默守候在化為白矮星的太陽身旁。而到了那時，我們的太陽系也將成為某人眼中一個巨大的“宇宙之眼”，深情地凝視著他們。螺旋星雲既是一封最美的死亡遺書，也是一面預示我們50億年後命運的鏡子。
參考
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）是誰？他熱愛貓與宇宙。童年時看過《銀河鐵道999》後，便夢想著讓更多人瞭解宇宙之美。目前在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論實驗室研究透過星系相互作用進行的演化，並進行講座與寫作等多種科學傳播活動。著有《曖昧天文臺》、《整天想宇宙》、《星，光之科學》等書。