研究人员首次利用哈勃望远镜观测破坏行星系统的死星

2022年06月21日 15:27 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

一个研究小组利用NASA和ESA的合作项目--哈勃太空望远镜及NASA的其他观测站的档案数据观察到一个白矮星正在消耗和摧毁一个行星系统--这是第一次展开这样的观察。

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据悉,这颗白矮星是另一颗恒星遗留下来的,它已经停止了核聚变并脱落了外层,目前正在通过从其行星系统的外部和内部拉入岩石金属和冰雪物质来消耗该系统。

“我们从未见过这两种天体同时吸积到一个白矮星上,”首席研究员Ted Johnson说道,“通过研究这些白矮星,我们希望能更好地了解那些仍然完好无损的行星系统。”据悉,Johnson是加州大学洛杉矶分校(UCLA)的一名应届毕业生。

Johnson等人的研究结果是基于对被命名为G238-44的白矮星大气层捕获的物质的分析。了解G238-44究竟为什么会被拉进物质以及这些物质由什么组成可以帮助科学家了解进化的行星系统的行为方式,而这反过来可以告诉他们关于新形成的行星系统的构成。

对于G238-44来说,它所消耗的岩石金属和冰质材料一般被认为是创造行星的原料,许多小行星、彗星和其他宇宙碎片元素在形成行星体的过程中都会将这些材料播撒到行星体中。

科学家认为这就是地球获得水的方式,而这很可能引发了我们星球上生命维持条件的形成。

此外,落在G238-44上的物质的构成让研究人员作出假设--冰冷的和潜在的持水库在行星系统中可能比以前认为的更常见。

这项研究的论文共同作者、加州大学洛杉矶分校的Benjamin Zuckerman指出:“我们所知的生命需要一个覆盖着碳、氮和氧等多种元素的岩石行星。我们在这颗白矮星上看到的元素丰度似乎需要一个岩石和一个富含挥发性的母体--这是我们在对数百颗白矮星的研究中发现的第一个例子。”

但究竟为什么所有这些物质会落入这颗白矮星?理论告诉我们,当一颗红巨星如G238-44之前的那颗开始死亡并转变为白矮星时,它周围的行星系统会看到激烈、快速和混乱的引力变化从而导致G238-44型事件发生。

当一颗红巨星失去它的外壳并慢慢开始停止核聚变时,它的行星、彗星、小行星和其他天体的轨道开始急剧变化。这使一个曾经稳定的系统变成了一场混乱的风暴,这会引发引力相互作用和扰动,进而将物质和预兆向现在已经死亡的白矮星母体抛去。

随着这些物质越来越接近恒星,潮汐和引力将其撕裂。但就像空间中的绝大多数事物一样,这种 “混乱”在数百万年的时间里展开。

Johnson解说道:“在红巨星阶段之后,剩下的白矮星是紧凑的--不比地球大。落伍的行星最终会非常接近恒星并经历强大的潮汐力,从而将它们撕裂并形成一个气态和尘埃的圆盘,最终则落到白矮星的表面上。”

虽然这一暴力过程已经被理论化了很多年,但Johnson等人的研究首次证实,一颗白矮星在开始从红巨星过渡到白矮星的1亿年后能够同时捕获和消耗其行星系统内部和外部的物质。

尽管有这样的发现,但G238-44并没有消耗成堆的行星物质。据估计,它所消耗的质量不超过一颗小卫星或小行星的质量。

此外,行星和行星物质落入白矮星时的破坏给了科学家们分析其内部内容的独特机会。

Johnson等人利用哈勃测量了G238-44周围被摧毁的物质中存在的氮、氧、镁、硅、铁和其他元素,其中铁和氮的含量很高。大量的铁表明,被摧毁的物质(或天体)具有金属核心。更重要的是,G238-44周围大量的氮气表明白矮星周围存在着冰体。

“跟我们的数据最匹配的是类似水星的物质和类似彗星的物质几乎二比一的混合,这是由冰和灰尘组成的。金属铁和氮气冰分别表明行星形成的条件大不相同。没有任何已知的太阳系天体具有如此多的这两种物质,”Johnson说道。

迄今为止,我们人类对其内部构成和功能有详细和直接了解的唯一天体就是地球,因此拥有这些首次对太阳系外行星材料的观察和数据使得科学家能将系外行星的内部构成跟我们太阳系的行星展开比较。

那么,科学家们希望通过这项研究长期了解什么?简而言之,他们正在寻找答案以了解我们自己的太阳将如何在一个非常类似的过程中死亡以及在太阳最初死亡时幸存下来的太阳系部分可能发生的事情。

我们的太阳预计将在约50亿年后开始迎接它的死亡,届时核心氢聚变将停止,我们的母星将增加亮度和大小,在这个过程中将吞噬水星并可能还包括金星。

太阳将在这一阶段度过10亿年,然后一个氦闪事件将导致其缩小到现在的10倍并将亮度降低到现在的50%,之后在接下来的1亿年中逐渐增加大小和亮度。

一旦氦气耗尽,太阳将再次膨胀,连续四次的热脉冲将其外部物质喷射出来进而形成一个新的行星托儿所,而地球的残余部分由于重力的减少,在潮汐力的作用下将向1.5AU的地方飞去。

在这个阶段,从现在起60多亿年后,太阳剩下的将会是一个白矮星--就像G238-44现在在86光年外做的那样,将有大量的行星和彗星物质可能被消耗掉。

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