白矮星帶來了對恆星死亡時發生的系統混亂的新觀察

美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的天文學家及其同事報告稱,附近一顆恆星的劇烈死亡對其行星系統造成嚴重破壞進而留下的死亡恆星–被稱為白矮星–正在從該系統的內部和外部吸食殘骸。

白矮星帶來了對恆星死亡時發生的系統混亂的新觀察

天文學家觀察到一顆白矮星同時吞食岩石金屬物質(可能來自附近的小行星)和冰雪物質(據推測來自類似於我們太陽系邊緣的柯伊伯帶的物體),系在宇宙觀察到的第一個。

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研究首席研究員Ted Johnson說道:“我們從未見過這兩種物體同時吸積到一個白矮星上。通過研究這些白矮星,我們希望能更好地了解那些仍然完整的行星系統。”據悉,Johnson是加州大學洛杉磯分校物理和天文學專業的學生,剛剛畢業。

這些結論則是基於對G238-44大氣層所捕獲的物質的檢查,這顆白矮星距離地球約86光年,研究人員們使用了來自哈勃太空望遠鏡和其他NASA衛星和觀測站的存檔數據。白矮星是類似於我們太陽的恆星脫落其外層並停止通過核聚變燃燒燃料后剩下的燒毀的核心。

儘管白矮星的廣泛飲食令人驚訝,但這些發現也是耐人尋味的,因為天文學家認為冰冷的天體撞入並灌溉了我們太陽系中乾燥的岩石行星–包括地球。幾十億年前,彗星和小行星被認為向我們的星球輸送了水從而觸發了生命的必要條件。研究的論文共同作者、加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授Benjamin Zuckerman稱,在G238-44上檢測到的物質構成意味着冰庫可能在行星系統中非常常見。

Zuckerman說道:“我們所知的生命需要一個覆蓋著碳、氮和氧等各種揮發性元素的岩石行星。我們在這顆白矮星上看到的元素丰度似乎來自岩石母體和富含揮發性的母體–這是我們在對數百顆白矮星的研究中發現的第一個例子。”

混亂和毀滅:從活星到紅巨星再到白矮星

行星系統演化的理論將一顆恆星的消亡描述為一個動蕩的、混亂的事件,這個事件開始時,它先是急劇膨脹成所謂的紅巨星,然後迅速失去其外層進而坍縮成一個白矮星–一個跟地球差不多大小的超密集恆星,其質量相當於我們的太陽。這個過程極大地擾亂了剩餘行星的軌道,而較小的天體–小行星、彗星、衛星–如果冒險離它們太近則就會像彈球一樣被打併被送向白矮星。

這項研究證實了混亂的真正規模,其表明在白矮星階段開始后的1億年內,該恆星能同時從其附近的小行星帶和遙遠的柯伊伯帶狀區域捕獲和消耗物質。

白矮星帶來了對恆星死亡時發生的系統混亂的新觀察

儘管天文學家已經對太陽系以外的5000多顆行星進行了編目,但對其內部構成有一些直接了解的唯一行星只有地球。加州大學洛杉磯分校天文學研究員Beth Klein指出,由於加入G238-44的材料是主要行星的組成部分,這種白矮星吃人的現象提供了一個獨特的機會,它可以將行星拆開,看看它們最初圍繞恆星形成時是由什麼構成的。

該小組測量了白矮星大氣中存在的氮、氧、鎂、硅和鐵等元素。Johnson表示,他們檢測到的鐵的丰度非常高,是地球、金星、火星和水星等陸地行星的金屬內核的證據。意外的高氮丰度使他們得出結論,冰體也是存在的。

“跟我們的數據最匹配的是類似水星的物質和類似彗星的物質幾乎二比一的混合,後者是由冰和灰塵組成的。金屬鐵和氮氣冰分別表明行星形成的條件大不相同。沒有任何已知的太陽系天體具有如此多的這兩種物質,”Johnson說道。

研究人員指出,我們自己的太陽在約50億年後的最終情況很可能跟G238-44所看到的情況相當相似。他們預測,在太陽的紅巨星階段,地球可能跟內行星一起被完全蒸發掉。

Johnson指出,我們太陽系主要小行星帶中的許多小行星的軌道將受到木星的引力干擾,同時還將落到將由太陽變成的白矮星殘骸上。

兩年多來,加州大學洛杉磯分校的研究小組跟加州大學聖地亞哥分校和德國基爾大學的同行一起通過分析在白矮星上檢測到的元素努力揭開G238-44的神秘面紗。

他們的分析包括來自NASA退役的遠紫外光譜探測器、夏威夷凱克天文台的高分辨率階梯光譜儀及哈勃太空望遠鏡的宇宙起源光譜儀和太空望遠鏡成像光譜儀的數據。哈勃太空望遠鏡是NASA和ESA的一個國際合作項目。

該小組的成果已於6月15日的美國天文學會新聞發布會上公布。

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