我們以為星系之間的空間漆黑一片，空無一物……其實，那裡或許佈滿了無數孤獨的恆星，它們在劇烈的撞擊中脫離了原來的星系。
不對，宇宙並不是一望無垠的空曠和幽暗，只有幾處發光發熱的“島嶼”。宇宙很可能到處遍佈熠熠生輝的天體。
這些天體在遠離星系的地方可能隨處可見。在一個個閃閃發光的棒旋星系和目眩迷人的橢圓星系之間，不計其數的恆星在流浪，它們就像被逐出家門的孤兒，沉淪在星系之間的黑暗中。
人類的觀天活動已進行了數千年，日臻完善的望遠鏡已能辨出那些微不足道的系外行星的身影，但或許還有數不清的恆星不為我們所知。
2014年12月，加利福尼亞大學的天體物理學家提出了這一假說。他們研究了宇宙紅外背景實驗項目（CIBER）的小型火箭攜帶的照相機收集到的數據。
CIBER團隊
該項目曾4次發射火箭，分別是在2009年、2010年、2012年和2013年。火箭穿破地球耀眼的大氣層，以測量遍佈整個深空的紅外背景輻射。
CIBER火箭
這一信號，誠如其名稱所示，波長不在可見光波段。自從1996年在宇宙背景探測者（COBE）衛星記錄的數據中發現以來，天文學家便一直嘗試將其與其他宇宙背景信號分離開來。
“這個信號十分寶貴，”在法國奧賽空間天體物理研究所研究相關課題的埃爾維·多爾（Hervé Dole）表示，“紅外背景是宇宙所有恆星的輻射總和，蘊藏著所有星系的歷史信息。不過問題在於如何從這層層疊疊的信號中區分出單個天體的影響……”天文學家深入研究了其中一類組成信號，那就是宇宙初始星系的輻射，這些恆星集團形成於大爆炸後的幾十萬年間。
“斯皮策太空望遠鏡（從2003年對宇宙進行紅外觀測）的觀察分析表明，在宏觀層面上，背景輻射的波動不可能和已知星系有關。”美國國家航空航天局（NASA）的相關專家哈維·莫斯雷（Harvey Moseley）解釋說，“因此我們認為它們來自我們無緣得見的原始星系……”
接下來就要證實猜測。這也是CIBER火箭在2009年第一次昇天的使命，它攜帶的兩部望遠鏡專門探測1.1微米和1.6微米這兩個接近可見光，且斯皮策望遠鏡未能觀測的波長的紅外線。
CIBER上的儀器
研究初始宇宙的專家以為，在這兩個波長上，初始星系的輻射應該被周圍的氫氣雲吸收掉了。因此，小火箭所能觀察到的將是極其微弱的紅外信號，那正好證明它們來自135億年前……
奇怪的輻射信號
可是，2010年，當CIBER項目的成員開始分析第二次火箭發射（第一次發射由於技術原因失敗了）收集到的數據時，他們發現有些地方不對頭。
CIBER火箭發射
“出乎所有人的意料，信號很強，超出預想。”傑米·伯克（Jamie Bock）介紹道，他在加州理工（Caltech）以及NASA的噴氣推進實驗室（JPL）主持了那次實驗。“並不是天天都有機會看到意外情況發生的……我們立馬就沸騰了！”邁克爾·曾科夫（Michael Zemcov）回憶道，他負責在加州理工協調分析工作。
2012年，CIBER項目的火箭再次升空，它的相機確認了上次觀測到的奇怪信號。“從那一刻起，一切都變得實在起來。”邁克爾·曾科夫接著說。2013年，同樣結果……研究人員排除了各種儀器故障的可能。沒有疑問：這個結果儘管意外，卻是板上釘釘。
“僅僅一組數據興許沒有說服力，但這三次火箭發射，可以視作完全獨立的設備進行的三次測量，因此測量數據不容置疑。”噴氣推進實驗室的宇宙學家奧利維耶·多雷（Olivier Doré）分析道。
對於天體物理學家來說，現在就該分析這個信號了。他們利用手中的恆星和星系目錄，對信號進行層層過濾；與斯皮策、“光”（AKARI）、紅外天文衛星（IRAS）等望遠鏡在其他紅外波段的觀測數據進行交叉比對……還對比了模型數據，這些模型能根據恆星的年齡模擬它們釋放出的輻射細節。
AKARI
IRAS
再也沒有疑問：這種輻射不可能來自最初的星系。“這等於是說最初的星系產生了大量的光線……遠超預期，”傑米·伯克解釋道，“如果真是它們乾的，它們勢必會在地球上留下一些可見的蛛絲馬跡，比如一些重元素的殘餘。”
天體物理學家逐一排除紅外輻射“超標”的可能因素：不是太陽光在銀河的星際塵埃上造成的反射，不是銀河系內恆星的光線反射，也不是來自鄰近的星系，更不是遙遠的黑洞在作祟……
只剩下一個可能。天體物理學家發現，CIBER探測到的輻射的波動幅度以及色溫完全符合遊離在星系之外的恆星的發光特徵。
流浪恆星……不計其數的流浪恆星！研究人員計算了它們的質量：佔整個宇宙恆星質量總和的一半……
該信號證明宇宙中佈滿了流浪的恆星
2009年至2013年，CIBER項目的火箭記錄了籠罩整個天空的紅外信號。從中剔除恆星、已知星系、宇宙塵埃（黑暗區域）的輻射信號，仍有一些強度不等的紅外信號（各個色點）。它們表明，應有大量恆星遊離在星系之外。
小火箭捕捉到的細微信號竟是來自脫離了原來的星系，而今流浪在黑暗中的數百億個天體。
天文學家早在幾十年前就知曉了這奇怪的流浪恆星現象。模擬演示表明（下圖），當星系發生碰撞，就會射出恆星束，將大量恆星丟入星系際空間的虛無之中……
兩個星系發生碰撞時（此處用觸鬚星系來模擬），首先會互相圍繞對方轉動，隨後漸漸融合在一起，形成壯觀的恆星束（藍色），這些恆星被拋散至星系際空間。
而CIBER捕捉到的信號恰恰反映了一個普遍現象。在諸大星系之外，或許還有一個我們無法得見的世界，那裡住滿了沒有歸屬的恆星孤兒。
噴氣推進實驗室的天體物理學家蓋爾·魯迪埃（Gaël Roudier）也參與了該項研究，他幾乎道歉似地表示：“我們找不到其他解釋。”
因為這項發現令天文學家坐不住了。如此數量驚人的恆星怎麼就逃過了望遠鏡的法眼？這些流浪天體為什麼沒有出現在模型中？它們是如何達到目前這個數量級的？
科學家們分成了兩大陣營。“這些數據令人印象深刻……但一定要留神，這類結果很難分析，”埃爾維·多爾評估道。宇宙泛星系偏振背景成像2代望遠鏡（BICEP2）的教訓便是前車之鑑，它當時得出的有關宇宙最初時刻的結論曾轟動一時，但前不久剛剛被認定無效。
位於阿蒙森-斯科特南極站的暗區實驗室（dark sector laboratory，DSL）；左邊是南極望遠鏡，右邊BICEP2望遠鏡。
西蒙·懷特（Simon White）在德國馬普研究所研究星系的演變，他壓根不接受這個結論。他舉出自己的理由：“如果有一半的恆星處在星系之間，那可以認為有一半的超新星也處在星系之間……但是，根據我們對宇宙的觀察，星系際空間超新星佔比還不到一成。”
哈維·莫斯雷反駁稱：“我們還沒有在星系之外認認真真地尋找過超新星。”
“我覺得流浪恆星的存在合乎情理，更重要的是，只有這樣才能解釋信號強度為什麼會超標！”奧利維耶·多雷附和道。
“我聽過各色評論，從振奮人心到懷疑不信，科學界正在消化這個消息。”傑米·伯克總結說。
此外，有些模擬實驗證實，我們可能忘記了星系之外的恆星散發出的巨大光暈。“最近的模擬實驗顯示，我們只能看見星系最明亮的中心部分。”英國杜倫大學的安德魯·庫珀（Andrew Cooper）解釋道，“於是，我們漸漸意識到冰山下面其實還大有乾坤呢！”
他們甚至開始觸及流浪恆星的身影。“我也在尋找流浪的恆星。”法國原子能與可替代能源委員會（CEA）的皮埃爾-阿蘭·迪克（Pierre-Alain Duc）透露，“終於，幾年來，我們獲得了一些數據。”
首批發現的天體
天文學家皮埃爾-阿蘭·迪克及其團隊將注意力放在銀河附近的星系上，他們分析了加拿大、法國、夏威夷三地的望遠鏡拍攝到的信號，成功地分辨出某些流浪的恆星團的微弱光芒。2011年，他們在牧夫座NGC5557星系附近發現了長達130萬光年的星流。
2012年，他們又在雙魚座ETG NGC0474星系之外留意到恆星環的存在……“我們在各個星系的邊界外看到很多的恆星，”皮埃爾-阿蘭·迪克解釋說，“我們已著手進行系統性地清點，用於生成統計數據。”
作為Atlas3D項目的一部分，使用CFHT的MegaCam相機獲得的真彩色(g波段和r波段的組合)圖像
然而根據最初的觀察，流浪恆星最多佔宇宙恆星總量的20%。“5%的恆星被拋入密度最低的地區，還有20%在星系團裡。”皮埃爾-阿蘭·迪克詳述道。
這遠遠低於紅外背景輻射透露的50%……
大量設備正在製造中，以期進行更加深入的探測，研究人員也在構建模擬實驗，希望能夠達到足夠的精度，確定流浪恆星的數量規模。
至於CIBER團隊，他們準備在未來一兩年內發射新規格的火箭，希望隨著儀器精度的提高，能探測到紅外背景輻射中新的波長。
流浪恆星遮遮掩掩的日子不長了……
撰文 Mathilde Fontez
編譯 黃雅琴
