看似行星的天体，其实是太空中的巨大碰撞事件

然而，天文学家如今在一颗名为北落师门的近邻恒星周围发现了两次巨大碰撞的证据，且这两次碰撞均发生在短短20年内。这一发现表明，要么是极其幸运的巧合，要么行星形成期间的大规模撞击可能比科学家此前认为的更为频繁。这两次事件——分别于2004年和2023年首次被观测到——是天文学家首次直接拍摄到太阳系外行星系统中大型天体间的碰撞。

捕捉宇宙撞击的余波
加州大学伯克利分校天文学兼职教授、该研究的主要作者保罗·卡拉斯表示：“我们刚刚目睹了两颗星子的碰撞，以及这一剧烈事件中喷发出的尘埃云，这些尘埃云开始反射宿主恒星的光芒。我们无法直接看到相撞的两个天体，但能观测到这场巨大撞击的余波。”卡拉斯解释说，在数万年的时间里，北落师门周围的区域似乎会充满发光的碎片，“因这些碰撞而闪烁”——就像闪烁的节日灯光。

一颗映照早期太阳系的年轻恒星
卡拉斯自1993年开始研究北落师门，当时他在寻找行星形成后残留的尘埃盘。北落师门距离地球仅25光年，相对年轻——约4.4亿年——这使其成为研究早期太阳系面貌的理想替代对象。利用美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜（HST），卡拉斯最终探测到该恒星周围有一个广阔的尘埃盘。2008年，他还报告在该盘附近发现了一个看似行星的明亮天体。这是首次在光学波段直接拍摄到系外行星，按照命名规则，它被命名为北落师门b。然而，这个看似行星的天体后来消失了。研究人员现在认为，该天体根本不是行星，而是由两个大型天体碰撞产生的尘埃云。

伪装成行星的尘埃云
“这是一种新现象，一个点光源出现在行星系统中，然后在10年或更长时间里慢慢消失，”卡拉斯说，“它伪装成行星，因为行星看起来也像围绕附近恒星运行的小点。”根据2004年和2023年事件的亮度，科学家估计相撞天体的宽度至少为60公里（37英里）。这比6600万年前撞击地球并导致恐龙灭绝的小行星大4倍多。这种规模的天体被称为星子，大小与太阳系中的许多小行星和彗星相似，但远小于冥王星等矮行星。“北落师门比太阳系年轻得多，但当太阳系4.4亿岁时，也布满了相互碰撞的星子，”卡拉斯说，“我们看到的正是那个时期，小型天体正遭受这些剧烈碰撞的撞击，甚至被摧毁并重新组合成不同的天体。从某种意义上说，这就像回望太阳系不到10亿岁时的那个剧烈时期。”这项新发现发表在计划于12月18日在线出版的《科学》杂志上。

研究行星形成的天然实验室
“北落师门系统是研究星子碰撞行为的天然实验室，这反过来能告诉我们它们的构成以及形成方式，”该研究的合著者、英国剑桥大学天文学教授马克·怀亚特说，“这项观测的令人兴奋之处在于，它让我们能够估计相撞天体的大小以及盘中此类天体的数量，而这些信息通过其他任何方式几乎都无法获得。”怀亚特估计，大约有3亿颗类似大小的星子围绕北落师门运行。早期观测还在该恒星周围检测到一氧化碳气体，表明这些天体富含挥发性物质，与太阳系中的冰彗星非常相似。

伪装成系外行星的尘埃云
北落师门位于南天星座南鱼座，亮度是太阳的16倍，是地球上可见的最亮恒星之一。当卡拉斯在2004年开始用哈勃望远镜观测该恒星时，他发现了一个距离恒星133天文单位（AU）的宽环碎片带。这是太阳系中柯伊伯带与太阳距离的三倍多。1天文单位是地球与太阳的平均距离，即9300万英里。碎片带清晰的内边缘表明，可能有未被观测到的行星在塑造它。在2006年哈勃望远镜的另一次观测后，卡拉斯得出结论，2004年和2006年图像中可见的一个明亮天体是行星。他当时承认，它可能是碰撞产生的尘埃云，但认为这种解释不太可能。2010年、2012年、2013年和2014年的后续哈勃观测改变了这一观点。在最后一张图像中，被称为北落师门b的天体完全消失了。

第二次碰撞证实解释
九年后，在多次尝试重新拍摄该系统未果后，卡拉斯获得了哈勃望远镜的新图像，显示在之前位置附近出现了另一个亮点。这个光源被称为北落师门cs1（circumstellar source 1的缩写）。另一个新天体，名为北落师门cs2，出现在附近，但其位置排除了它是同一物体再次出现的可能性。由于2014年和2023年的图像之间有九年的间隔，天文学家无法确定cs2首次形成的确切时间。在新的分析中，卡拉斯和他的国际团队检查了2023年的图像以及2024年拍摄的质量较低的后续图像。他们得出结论，这些光只能解释为两颗星子碰撞产生的尘埃云反射的太阳光。卡拉斯指出，虽然cs1最初的移动方式与轨道行星一致，但其轨迹后来向外弯曲。这种行为与微小尘埃颗粒被星光压力推离的预期相符。cs2的出现进一步证实了这两个天体都是尘埃云，而非行星。

未来系外行星任务的启示
卡拉斯将北落师门的尘埃云与2022年美国国家航空航天局（NASA）的DART（双小行星重定向测试）任务故意撞击小行星迪迪莫斯的卫星Dimorphos后产生的物质羽流进行了比较。然而，北落师门周围的尘埃云估计比其大约10亿倍。在未来三年，卡拉斯获得了詹姆斯·韦伯太空望远镜近红外相机（NIRCam）和哈勃太空望远镜的观测时间。目标是监测尘埃云随时间的变化，包括它是否膨胀以及如何在系统中移动。该尘埃云的亮度已经比北落师门cs1亮约30%，2025年8月的观测证实cs2仍然可见。展望未来，卡拉斯在天文学家准备未来直接拍摄系外行星的任务时强调要保持谨慎。“这种产生尘埃云的碰撞在每个行星系统中都会发生，”他说，“一旦我们开始用灵敏的未来望远镜（如旨在直接拍摄类地系外行星的宜居世界天文台）探测恒星，我们必须谨慎，因为这些围绕恒星运行的微弱光点可能不是行星。”其他合著者包括加州大学伯克利分校研究天文学家托马斯·埃斯波西托；前加州大学伯克利分校研究生杰森·王（现就职于伊利诺伊州西北大学）和迈克尔·菲茨杰拉德（现就职于加州大学洛杉矶分校）；前加州大学伯克利分校博士后研究员罗伯特·德罗萨（现就职于智利欧洲南方天文台）；加州大学圣巴巴拉分校的马克斯韦尔·米勒-布兰查尔；中国厦门大学的任斌；剑桥大学的马克西米利安·索默；以及英国华威大学的格兰特·肯尼迪。这项研究得到了NASA的支持（编号NAS5-26555、GO-HST-17139）。