一颗行星突然消失了？NASA哈勃望远镜揭开宇宙暴力真相

研究人员最初注意到一个亮点，推测它是一颗被尘埃覆盖的行星，反射着恒星的光芒。但当该天体消失，附近又出现另一个不同的亮点时，这一解释便站不住脚了。包括美国西北大学天体物理学家杰森·王在内的国际研究团队意识到，他们看到的根本不是行星。相反，这些光来自剧烈碰撞产生的发光碎片云。观测结果揭示了同一行星系统内发生的两次独立且强烈的撞击，产生了不断膨胀的尘埃云。实时捕捉到这些事件，为科学家提供了一个难得的窗口，帮助他们了解行星如何形成，以及哪些物质会聚集起来形成新的世界。该研究结果于12月18日发表在《科学》杂志上。“在恒星周围的尘埃带中发现新的光源令人惊讶。我们完全没料到会这样，”王说。“我们的主要假设是，在过去二十年里，我们观测到了两次星子（即类似小行星的小型岩石天体）碰撞。星子碰撞是极为罕见的事件，这是我们首次在太阳系外观测到此类现象。研究星子碰撞对于理解行星形成至关重要，还能帮助我们了解小行星的结构，这对于‘双小行星重定向测试’（DART）等行星防御项目来说是重要信息。”“这无疑是我第一次在系外行星系统中看到凭空出现的亮点，”该研究的主要作者、加州大学伯克利分校的天文学家保罗·卡拉斯说。“在我们之前所有的哈勃望远镜图像中都没有它的踪迹，这意味着我们刚刚目睹了两个大型天体之间的剧烈碰撞，以及一个与我们太阳系现有任何现象都不同的巨大碎片云。”王专门从事系外行星成像研究，是西北大学温伯格文理学院的物理学和天文学助理教授，同时也是天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的成员。北落师门及其神秘的尘埃环境。这些碰撞发生在恒星北落师门周围的行星系统中，该恒星距离地球约25光年，位于南鱼座。北落师门比太阳更大，周围环绕着广阔而复杂的尘埃碎片带。“这个系统拥有我们已知的最大尘埃带之一，”王说，“这使它成为一个易于研究的目标。”多年来，天文学家一直在争论一个被称为“北落师门b”的亮天体的性质。该天体于2008年首次被报道，位于恒星主尘埃带之外。一些研究人员认为它是一颗行星，而另一些人则怀疑它是碰撞产生的扩散尘埃云。2023年，哈勃望远镜的新观测结果带来了新的转折。原来的光源消失了，但系统中一个略有不同的位置出现了一个新的亮天体。“通过这些观测，我们最初的目的是监测‘北落师门b’——我们起初以为它是一颗行星，”王说，“我们假设这个亮点就是‘北落师门b’，因为它是该系统中已知的光源。但在将新图像与过去的图像仔细对比后，我们意识到它不可能是同一个光源。这既令人兴奋，又让我们感到困惑。”两次独立宇宙碰撞的证据。最初的天体（现被命名为“北落师门cs1”）消失了，这支持了它是碰撞后缓慢消散的尘埃云这一观点。第二个亮光源（被称为“北落师门cs2”）的出现，进一步证实了这两个天体都不是行星。相反，它们似乎都是大型星子相互碰撞产生的碎片云。“北落师门cs2”在亮度和位置上都与二十年前“cs1”首次出现时极为相似。通过研究这些事件，研究团队能够估算出该系统中此类碰撞的发生频率。“理论表明，此类碰撞每10万年或更久才会发生一次。但在这里，20年内我们就看到了两次，”卡拉斯说。“如果你有一部过去3000年的影片，并将其加速到每年仅占几分之一秒，想象一下这段时间里你会看到多少闪光。北落师门的行星系统会因这些碰撞而闪烁不已。”由于结果出乎意料，王参与了四项独立分析中的一项以验证研究结果。每项分析都在大致相同的区域检测到了一个新的瞬态光源，进一步证实了观测到两次独立碰撞的结论。“这是我们第一次看到这样的现象，”王说，“因此，我们必须确保能够信任我们的图像，并且正确测量碰撞的特性。我对数据进行了计算，结果表明四项独立分析都能确定地检测到恒星附近的一个新光源。”为何尘埃云会误导行星猎手。除了揭示活跃的碰撞事件外，这一发现还为未来的行星搜索敲响了警钟。大型尘埃云通过反射星光，可能会与系外行星的外观极为相似，从而误导天文学家。“‘北落师门cs2’看起来完全就像一颗反射星光的系外行星，”卡拉斯说，“通过研究cs1我们了解到，大型尘埃云可以伪装成行星多年。这对未来旨在通过反射光探测系外行星的任务来说是一个警示。”随着“巨型麦哲伦望远镜”等新天文台准备直接拍摄附近恒星周围类地行星的图像，区分真实行星和临时尘埃云将变得越来越重要。借助韦伯望远镜深入观察。尽管“北落师门cs1”已经变暗，但研究人员计划继续监测该系统。他们的下一个目标是cs2，它可能会揭示更多关于年轻行星系统中碰撞如何发生的信息。未来的观测将依靠美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的近红外相机（NIRCam）。与哈勃望远镜不同，NIRCam能够捕捉详细的颜色信息，帮助科学家确定尘埃颗粒的大小和成分，包括它们是否含有水或冰。“由于哈勃望远镜已老化，它无法再收集该系统的可靠数据，”王说，“幸运的是，我们现在有了韦伯望远镜。我们有一个已获批的韦伯望远镜项目，用于跟进这次星子碰撞，以了解这个新的星周光源及其两个发生碰撞的母星子的性质。”这项名为《北落师门系统中的第二次剧烈星子碰撞》的研究得到了NASA的支持（资助编号HST-GO-17139）。