哈勃首次直接觀測(cè)到鄰近恒星系統(tǒng)中的天體碰撞，仍有諸多謎團(tuán)待解

IT之家 12 月 26 日消息，ESA 宣布，科學(xué)家們?cè)诮柚臻g望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)“北落師門”（也稱為南魚(yú)座 α，是南魚(yú)座最亮的恒星）時(shí)，看到了該恒星周圍巨大天體撞擊的景象。

相關(guān)成果已于 12 月 18 日發(fā)表在《科學(xué)》上，標(biāo)志著人類首次直接在系外行星系統(tǒng)中觀測(cè)到大尺度天體碰撞事件。

如前所述，研究團(tuán)隊(duì)在觀測(cè)“北落師門”（Fomalhaut）時(shí)，發(fā)現(xiàn)其周圍出現(xiàn)了此前從未記錄過(guò)的光點(diǎn)（被認(rèn)為是大型天體相互撞擊后形成的巨大塵埃云）。

“這無(wú)疑是我第一次在一個(gè)系外行星系統(tǒng)中看到憑空出現(xiàn)的光點(diǎn)，”該研究主要負(fù)責(zé)人、加州大學(xué)伯克利分校的保羅?卡拉什（Paul Kalas）表示，“它在我們之前所有的哈勃圖像中均不存在，這意味著我們剛剛目睹了兩個(gè)巨大天體之間的一次劇烈碰撞，以及一個(gè)巨大的碎片云，其規(guī)模在我們今天的太陽(yáng)系中無(wú)與倫比。太不可思議了！”

“北落師門”距離地球僅 25 光年，是夜空中最亮的恒星之一，其質(zhì)量和亮度均超過(guò)太陽(yáng)，并被數(shù)個(gè)塵埃碎片帶環(huán)繞。

2008 年，科學(xué)家曾利用哈勃望遠(yuǎn)鏡在北落師門周圍發(fā)現(xiàn)了一顆候選行星，使其成為首個(gè)通過(guò)可見(jiàn)光發(fā)現(xiàn)潛在行星的恒星系統(tǒng)。但最新研究顯示，該天體并非真正的行星，而是由行星胚或小行星發(fā)生碰撞后形成的塵埃云。研究人員將其重新命名為“環(huán)恒星源 1”（cs1）。

科學(xué)家在近期哈勃觀測(cè)中尋找北落師門 b 時(shí)，意外地在該恒星周圍相似位置發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)光點(diǎn)。他們將這個(gè)新天體稱為“環(huán)恒星源 2”（cs2）。

▲ cs2（藝術(shù)概念圖）揭示碰撞星子的謎團(tuán)

為何這些碰撞形成的碎屑云會(huì)在如此相近的位置出現(xiàn)，目前仍是一個(gè)謎。

如果小行星和星子之間的碰撞是隨機(jī)發(fā)生的，cs1 和 cs2 則應(yīng)該出現(xiàn)在不相關(guān)的位置。然而，它們現(xiàn)在卻均處于北落師門外圍碎片盤內(nèi)沿彼此鄰近的區(qū)域。

另一個(gè)謎團(tuán)在于事件發(fā)生的時(shí)間尺度，也就是科學(xué)家為何在如此短的時(shí)間內(nèi)目睹了這兩次事件。

“先前的理論認(rèn)為，這樣的碰撞可能每 10 萬(wàn)年，甚至更長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)發(fā)生一次。而現(xiàn)在，我們?cè)诙潭?20 年內(nèi)已經(jīng)觀測(cè)到了兩次，”卡拉什解釋道，“如果把過(guò)去 3000 年拍成一部影片，并將每一年壓縮成一瞬間，可以想象會(huì)看到多少次閃光。北落師門的行星系統(tǒng)將因這些碰撞而閃爍不停。”

科學(xué)家認(rèn)為，碰撞是行星系統(tǒng)演化的基礎(chǔ)，但這種現(xiàn)象極其罕見(jiàn)且難以研究。

英國(guó)劍橋大學(xué)的聯(lián)合作者馬克?懷亞特（Mark Wyatt）指出：“這一項(xiàng)目的關(guān)鍵意義在于，它使得研究人員能夠估算碰撞天體的大小以及盤中有多少這樣的天體，這些信息幾乎無(wú)法通過(guò)其他任何方式獲得。根據(jù)我們的估算，形成 cs1 和 cs2 的行星胚直徑約為 30 公里，而北落師門系統(tǒng)中可能存在約 3 億個(gè)類似天體。”

懷亞特補(bǔ)充道，“這一系統(tǒng)為研究行星胚在碰撞過(guò)程中的行為提供了一個(gè)天然實(shí)驗(yàn)室，從而幫助我們理解它們的組成方式及其形成機(jī)制。”

研究人員同時(shí)指出，這類短暫存在的塵埃云，對(duì)未來(lái)直接成像系外行星的任務(wù)提出了警示。由于其反射恒星光的特性，類似 cs1 和 cs2 的塵埃云可能被誤認(rèn)為是真正的行星。

“北落師門 cs2 看起來(lái)完全像一顆反射星光的系外行星，”卡拉什說(shuō)道，“我們從 cs1 研究中學(xué)到，一個(gè)大型塵埃云可以偽裝成行星許多年。這對(duì)未來(lái)旨在通過(guò)反射光探測(cè)系外行星的任務(wù)是一個(gè)警示。”

展望未來(lái)

卡拉什及其團(tuán)隊(duì)已獲得哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)時(shí)間，將在未來(lái)三年內(nèi)監(jiān)測(cè) cs2。他們希望觀察它是如何演化的 —— 是會(huì)變暗，還是會(huì)變得更亮？由于比 cs1 更接近塵埃帶，正在膨脹的 cs2 云更有可能開(kāi)始與該帶中的其他物質(zhì)相遇。這可能導(dǎo)致系統(tǒng)中突然產(chǎn)生更多的塵埃雪崩，從而使整個(gè)周圍區(qū)域變得更亮。

“我們將追蹤 cs2 的形狀、亮度和軌道隨時(shí)間發(fā)生的任何變化，”卡拉什表示，“隨著塵埃顆粒被星光壓力向外推動(dòng)，cs2 有可能開(kāi)始變得更呈橢圓形或彗星狀。”

該團(tuán)隊(duì)還將使用詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡上的近紅外相機(jī)對(duì) cs2 進(jìn)行觀測(cè)。韋伯的近紅外相機(jī)能夠提供顏色信息，從而揭示塵埃云中顆粒的大小和組成。它甚至能確定塵埃云是否含有水冰。

目前，哈勃和韋布是唯一能進(jìn)行此類成像的天文臺(tái)。哈勃主要觀測(cè)可見(jiàn)光波段，而韋布則能在紅外波段觀測(cè) cs2。這些不同且互補(bǔ)的波長(zhǎng)對(duì)于進(jìn)行廣泛的多光譜研究、更完整地揭示神秘的北落師門系統(tǒng)及其快速演化至關(guān)重要。

這項(xiàng)研究已于 12 月 18 日發(fā)表于《科學(xué)》。IT之家附論文地址：
https://doi.org/10.1126/science.adu6266