疯狂：竟然它们借黑洞之力，逃出银河系，2005年首次发现！

摘要：拿两张旧照片做演示就比较直观，一张拍于1894年，另一张拍于1916年，把这两张图片叠起来然后快速切换，画面中的一些点就会闪动。这种闪动不是由于摄影造成的，而是天文学家长期以来用来找出天区变化的一种方法。为了迅速地对比两张星空的照片，科学家们发明了一种特殊的仪

拿两张旧照片做演示就比较直观，一张拍于1894年，另一张拍于1916年，把这两张图片叠起来然后快速切换，画面中的一些点就会闪动。这种闪动不是由于摄影造成的，而是天文学家长期以来用来找出天区变化的一种方法。为了迅速地对比两张星空的照片，科学家们发明了一种特殊的仪器叫做闪烁比较仪。它可以使得两个影像在目镜里交替出现，人眼很容易就能发现位置发生变化的星体。

早期工作靠这办法做出许多发现，用闪烁比较就能看出新出现或消失的光斑，或者一些恒星在背景星群中移动。1916年天文学家就是这么找到一颗如今经常被单独提到的星星，两张照片快速切换时它在背景里明显偏移，所以就被认出来了，那颗星的自行是已知恒星里最快之一，每年大约十角秒，放在静止的星群背景下这个速度就像它在天上“跑”起来一样，换算成角度大概一百多年就等于满月直径大小，按照这样的速率发展下去，如果多数恒星都像这样快，我们熟悉的星座就会迅速变形，因此大多数恒星的自行都非常小，要很久才会显示出明显的改变。

要把角运动变成线速度得知道距离，这颗高速恒星离太阳大概6光年远，换成秒差距大约是1.84，用角速度乘以距离算出来的侧向速度差不多每秒90公里，换算成小时就是32.4万公里每小时左右，这个数字表明，在临近的恒星里有些天体横向移动的时候也能跑出非常高的线速。

天文学里还有另一类极端速度的恒星，我们看来基本没有自行，一年移动不到0.01角秒，但通过光谱能测出非常大的径向速度。这类被称作超高速星的天体在速度上是完全不一样的模样。第一例被确认的超高速星出现在2005年，在长蛇座方向，观测到相对于太阳的径向速度大约853公里每秒，折合每小时三百万多公里。把参考系换成银河系中心之后，这个星相对银心的速度仍有七百多公里每秒，制于银河的引力场。

但是需要指出的是，离银河中心很近的恒星群也有不少速度极高的恒星。这些称为 S 族群（S–stars）的恒星甚至能达到数千公里每秒的速度，但被银河中心超大质量黑洞牢牢地“困”住了，不能逃脱出银河系。和那些 S 族群不同的是那些没被束缚住的超高速星才可以真正逃离出去，在宇宙中一直以很高的速度飞行着。目前已知记录中速度最快的未束缚天体之一就是2023年发现的一颗白矮星，观测到它径向速度约为 2285 公里每秒，如果只算主序星的话，那便是 2019 年发现的一颗主序星对银心的速度大概是 1755 公里每秒左右，这个速度也是逃逸范围内的速度。

观测到这些高速天体，引出一个问题：是什么把它们加速到了如此的速度？有两种物理机制。一种是引力弹射，需要双星系统接近中心的大质量黑洞才会发生相互作用，在这个过程中有一颗被黑洞捕获而另一颗则被弹射出去，速度会因此增加很多，这种情形有时被称为Hills机制。另一种与超新星爆发相关，如果其中一颗发生了爆炸并被掀掉一部分质量和冲击波的话剩下那颗伴星就会被送出系统从而获得很高的速度。两种情况都需要特殊的初始条件以及极端的动力过程—环境既紧密又暴力所以形成超高速星的机会很少。

从数量上来说银河系中超高速星也不多，根据理论推测整个银河里大概就有一千颗左右这种没有束缚的高速星，相对于银河中的几百亿颗恒星来说这已经可以忽略了。真正被观测到、确认下来的超高速星远比这个数字要少得多，目前只有几十个被天文学家作为可信候选，因为观测上的困难和选择效应使得很多高速星要么太暗了，要么方向不对没法测出完整的速度分量。

有人会问，这么快的星附近有没有行星，甚至生命？这个问题从一开始就有研究兴趣。2018年才开始讨论过超高速星是否能带行星离开银河系的问题。现实很复杂。如果是黑洞弹射或者超新星爆炸造成的极高速，那么伴随而来的引力和能量变化会对原有行星系统造成极大干扰，行星可能在爆发或弹射过程中被撕裂、抛出或蒸发。另一种可能是恒星脱离后行星被引力捕获，或者是漫长的演变过程中的其他方式获得新的伴星系统。目前对这些过程的模拟与观测都是不完整的。

观测上也有进展，2025年2月有人说在一颗超高速红矮星附近看到个行星候选体，但这个对象没有被最终证实。如果将来真的证明有行星跟着超高速恒星一起飞跑，这会影响我们对行星系统是怎样形成的、怎样稳定的看法，也会改变我们看待生命存在的方式：因为如果行星离开的时候还有合适环境维持下去，或者离开了银河之后从恒星辐射那里获得一些能量补充的话，在上面就会继续发生复杂的化学变化；如果行星是在形成以后才被捕获的，并且长期跟随着速度很快的那个恒星离开银河系，则这种行星也许会成为跨星系的东西，给研究星际物质和生命的传播提供新的视角，但这要变成事实还需要更多的观测数据以及更加详细的理论计算才行。

把历史和现代观测联系起来看就可以看出方法的变化，十九世纪末到二十世纪初的时候，通过星空摄影和闪烁比较仪，天文学家能够在几十年的时间尺度上找到位置有明显变化的天体。用这种方法曾经在二十世纪发现了移动着的天体，这表明人工对比影像很有价值，在二十世纪中期后期，随着更灵敏的探测器以及更精确的光谱测量手段出现之后，天文学家能够察觉到更为微小的角运动并检测出更高的径向速度。光谱学给出的是沿着视线的速度分量，角运动乘以距离可以转换成侧向速度，把这两种不同的速度放在一起就可重建一个天体三维的运动状态。

最后就是把两类高速度恒星的命运区别开来，一类是被束缚的高速天体靠近银心，虽然速度快但是围绕中心黑洞转动，并没有逃出银河系；另一类是没有被束缚的超高速星，在动力学上能够离开银河系。这两者在来源和未来轨道上有本质的区别。这个过程从历史影像对比到现在的高精度光谱观测，体现了我们对天体运动认识的进步。以后随着观测设备的不断进步，会有更多的高速星以及可能伴随他们的行星系统被发现，帮助我们更好地了解这些极端事件对于恒星和行星的影响。如果有一天证实有行星跟随超高速星离开了银河系，那将有助于我们理解一个行星系统是如何在一个如此极端的环境下形成的并维持生命的。