如何在“赫-羅圖”上尋找“戴森球”。

“戴森球”可能的樣子。

В?щун / Wikimedia Commons

對于那些在宇宙中追尋文明技術特征的獵手而言，“戴森球”無疑是一座圣杯。上世紀60年代弗里曼·戴森（Freeman Dyson）認為，高度發(fā)達的文明或會把他們的恒星包裹在一個由大量小型組件構(gòu)成的巨型球面里，以便采集其產(chǎn)出的所有能量。

至少在理論上，建造這樣一群小型組件是可行的。但“戴森球”看起來究竟什么樣？一直以來卻沒有人能夠說得清。近日來自阿肯色大學的科學家Amirnezam Amiri，在一篇即將發(fā)表于《宇宙（Universe）》雜志上的論文中，探討了這個問題，揭示了我們在哪些類型的恒星周圍發(fā)現(xiàn)這種巨型結(jié)構(gòu)的可能性最大。

結(jié)論并不令人意外。最有希望發(fā)現(xiàn)“戴森球”的恒星類型之一是紅矮星。紅矮星是銀河系中最常見的恒星類型，它們能以極慢的速度消耗燃料，因此壽命非常長。據(jù)估算，紅矮星的壽命可以長達數(shù)萬億年，遠超宇宙當前的年齡。

與太陽相比，紅矮星的體積相對較小。外星文明可在距其表面0.05至0.3天文單位（1天文單位等于一個地日平均距離）的地方部署“戴森球”，所需的材料成本較低。

另一種適合建造“戴森球”的天體是白矮星。白矮星嚴格說起來并不是恒星，而是恒星的殘骸。它們的密度很大，體積卻很小。白矮星與其前身恒星相比，半徑僅為后者的大約1%。在白矮星周圍，“戴森球”只需建在距離表面僅幾百萬千米處。白矮星雖然已經(jīng)不再核聚變，但它們還能穩(wěn)定地通過輻射輸出能量至少幾十億年，本質(zhì)上依然是一種高效且長效的能源。

那被“戴森球”“寄生”的天體究竟看起來會是什么樣？天文學家通常使用“赫-羅圖”來分類恒星。“赫-羅圖”的兩個坐標分別對應恒星的溫度和光度。如果有“戴森球”存在，它一定會阻擋恒星發(fā)出的所有自然光，改變其在“赫-羅圖”上的位置。

能量不能被憑空創(chuàng)造，也無法被徹底消滅。因此“戴森球”本身一定會向外發(fā)射與恒星輸入能量完全相等的輻射。這種輻射會以熱量或紅外線的形式出現(xiàn)。“戴森球”本質(zhì)上就是一個能夠吸收恒星發(fā)出的光，將其轉(zhuǎn)化成某種可供使用的能源后，再以熱量的形態(tài)輻射出去的外殼。

如此一來，這顆恒星在“赫-羅圖”上的位置就會發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)移。確實地說，它會向右移動到更低溫的位置。但恒星的光度并不會改變，只是輻射轉(zhuǎn)移到了紅外波段。“赫-羅圖”的光度指的是全波段光度，因此無論是被“戴森球”“寄生”的是紅矮星還是白矮星，該天體在“赫-羅圖”上的垂直位置都會與原天體保持一致。

關鍵在于，有“戴森球”的天體，其表面溫度會低至50K，比典型紅矮星的3000K低兩個數(shù)量級。在“赫-羅圖”上，這類天體所在的位置，遠離普通紅矮星的聚集區(qū)，且不可能存在任何天然恒星。因此一旦有案例出現(xiàn)在這個位置，都極具研究價值。

另一個值得考慮的因素是，被“戴森球”“寄生”的恒星周圍可能會缺乏塵埃。恒星周圍通常會存在與塵埃盤相關的硅酸鹽發(fā)射線，但是如果它的周圍存在“戴森球”，光譜數(shù)據(jù)很有可能會顯得異常干凈。

使用小組件集群的方法建造的“戴森球”必然還有另一個特征——這些小組件之間會存在空隙。事實上，一個完整的“戴森球”在物理學上也是不可能實現(xiàn)的。因此如果存在“戴森球”，恒星就會因為結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生極不自然的光變曲線。

“赫-羅圖”是恒星分類的有效工具。

ESO

參考

Dyson spheres on H-R diagram

https://arxiv.org/abs/2602.23270