哈勃首次直击邻近恒星系天体碰撞，三大谜团仍待解

IT之家 12 月 26 日消息，ESA 宣布，科学家们在借助哈勃空间望远镜观测“北落师门”（也称为南鱼座 α，是南鱼座最亮的恒星）时，看到了该恒星周围巨大天体撞击的景象。

相关成果已于 12 月 18 日发表在《科学》上，标志着人类首次直接在系外行星系统中观测到大尺度天体碰撞事件。

如前所述，研究团队在观测“北落师门”（Fomalhaut）时，发现其周围出现了此前从未记录过的光点（被认为是大型天体相互撞击后形成的巨大尘埃云）。

“这无疑是我第一次在一个系外行星系统中看到凭空出现的光点，”该研究主要负责人、加州大学伯克利分校的保罗・卡拉什（Paul Kalas）表示，“它在我们之前所有的哈勃图像中均不存在，这意味着我们刚刚目睹了两个巨大天体之间的一次剧烈碰撞，以及一个巨大的碎片云，其规模在我们今天的太阳系中无与伦比。太不可思议了！”

“北落师门”距离地球仅 25 光年，是夜空中最亮的恒星之一，其质量和亮度均超过太阳，并被数个尘埃碎片带环绕。

2008 年，科学家曾利用哈勃望远镜在北落师门周围发现了一颗候选行星，使其成为首个通过可见光发现潜在行星的恒星系统。但最新研究显示，该天体并非真正的行星，而是由行星胚或小行星发生碰撞后形成的尘埃云。研究人员将其重新命名为“环恒星源 1”（cs1）。

科学家在近期哈勃观测中寻找北落师门 b 时，意外地在该恒星周围相似位置发现了第二个光点。他们将这个新天体称为“环恒星源 2”（cs2）。

▲ cs2（艺术概念图）揭示碰撞星子的谜团

为何这些碰撞形成的碎屑云会在如此相近的位置出现，目前仍是一个谜。

如果小行星和星子之间的碰撞是随机发生的，cs1 和 cs2 则应该出现在不相关的位置。然而，它们现在却均处于北落师门外围碎片盘内沿彼此邻近的区域。

另一个谜团在于事件发生的时间尺度，也就是科学家为何在如此短的时间内目睹了这两次事件。

“先前的理论认为，这样的碰撞可能每 10 万年，甚至更长时间才会发生一次。而现在，我们在短短 20 年内已经观测到了两次，”卡拉什解释道，“如果把过去 3000 年拍成一部影片，并将每一年压缩成一瞬间，可以想象会看到多少次闪光。北落师门的行星系统将因这些碰撞而闪烁不停。”

科学家认为，碰撞是行星系统演化的基础，但这种现象极其罕见且难以研究。

英国剑桥大学的联合作者马克・怀亚特（Mark Wyatt）指出：“这一项目的关键意义在于，它使得研究人员能够估算碰撞天体的大小以及盘中有多少这样的天体，这些信息几乎无法通过其他任何方式获得。根据我们的估算，形成 cs1 和 cs2 的行星胚直径约为 30 公里，而北落师门系统中可能存在约 3 亿个类似天体。”

怀亚特补充道，“这一系统为研究行星胚在碰撞过程中的行为提供了一个天然实验室，从而帮助我们理解它们的组成方式及其形成机制。”

研究人员同时指出，这类短暂存在的尘埃云，对未来直接成像系外行星的任务提出了警示。由于其反射恒星光的特性，类似 cs1 和 cs2 的尘埃云可能被误认为是真正的行星。

“北落师门 cs2 看起来完全像一颗反射星光的系外行星，”卡拉什说道，“我们从 cs1 研究中学到，一个大型尘埃云可以伪装成行星许多年。这对未来旨在通过反射光探测系外行星的任务是一个警示。”

展望未来

卡拉什及其团队已获得哈勃望远镜的观测时间，将在未来三年内监测 cs2。他们希望观察它是如何演化的 —— 是会变暗，还是会变得更亮？由于比 cs1 更接近尘埃带，正在膨胀的 cs2 云更有可能开始与该带中的其他物质相遇。这可能导致系统中突然产生更多的尘埃雪崩，从而使整个周围区域变得更亮。

“我们将追踪 cs2 的形状、亮度和轨道随时间发生的任何变化，”卡拉什表示，“随着尘埃颗粒被星光压力向外推动，cs2 有可能开始变得更呈椭圆形或彗星状。”

该团队还将使用詹姆斯・韦布太空望远镜上的近红外相机对 cs2 进行观测。韦伯的近红外相机能够提供颜色信息，从而揭示尘埃云中颗粒的大小和组成。它甚至能确定尘埃云是否含有水冰。

目前，哈勃和韦布是唯一能进行此类成像的天文台。哈勃主要观测可见光波段，而韦布则能在红外波段观测 cs2。这些不同且互补的波长对于进行广泛的多光谱研究、更完整地揭示神秘的北落师门系统及其快速演化至关重要。

这项研究已于 12 月 18 日发表于《科学》。IT之家附论文地址：
https://doi.org/10.1126/science.adu6266