哈勃發現被小行星碎片污染的死亡恆星

原文標題：Hubble Finds Dead Stars 「Polluted」 with Planet Debris原文作者：Jay Farihi，Robert Massey，Nicky Guttridge，Ray Villard；來自：哈勃官網； 發表時間：2013.5.9;翻譯：gohomeman1 審校：Linq （編譯版權所有，未經許可請勿轉載）2013.5.9：在畢星 團的 深處，兩顆恆星 殘骸證明曾經有行星 圍繞過它們：小行星 碎片正如雨點般落入熾熱的 白矮星 大氣中。小行星 與類地行星 的 物質組成類似，發現小行星 也意味著那些系 統中存在著類地行星 的 可能。

被小行星 環圍繞的 白矮星 的 藝術想像圖，大圖下載：3.3MB，版權：NASA，ESA；STScI； G. Bacon。美國宇航局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的 哈勃太空望遠鏡，在幾乎不可能的 所在：兩顆恆星 殘骸——白矮星 的 大氣中發現了類地行星 的 組成模塊。白矮星 的 大氣看似被落入其中的 小行星 碎片所污染。研究者由此推測，恆星 系 統中普遍存在岩態行星 。這兩顆白矮星 位於離我們150光年的 畢星 團，屬於夜空中的 金牛座。畢星 團還比較年輕，僅6.25億年。在白矮星 的 哈勃光譜觀測數據中鑒別出了硅，一種組成太陽系 的 類地行星 的 主要元素。這些硅可能來自小行星 ，當它們過於靠近白矮星 時，因其引力潮汐而破碎落入。岩石碎片可能形成一個圍繞死亡恆星 的 環，然後給它輸送物質。

畢星 團所在的 金牛座星 空。畢星 團核心半徑約9光年，而它離我們僅151光年。圖像中的 紅、藍點都是星 團成員，其中紅點是星 團的 核心區亮星 。根據圍繞白矮星 的 這些物質推測，類地行星 應該形成於恆星 誕生之時。當恆星 坍縮為白矮星 後，繼續留存的 氣態巨行星 可能會擾亂劫後餘生的 小行星 軌道，使它們落向恆星 。 報告首席作者、英國劍橋大學的 Jay Farihi解說：「我們鑒別出了類地行星 『樂高』積木塊的 證據。當恆星 誕生時，也同時形成了行星 ，而現在是回收行星 的 好時機。我們看到的 光譜證據說明了此點。這些碎片至少與我們太陽系 中構成類地行星 的 原始岩塊相當。」 Farihi團隊的 研究報告將發表在2013.5.2出版的 《皇家天文學會月度通訊》上。 天文學家普通相信，所有的 恆星 形成於星 團中。但是搜尋系 外行星 的 努力僅在星 團中發現了極少量的 行星 。Farihi猜測星 團中的 系 外行星 因難以精確測量而更難發現，因為恆星 既年輕又活躍，會產生耀斑等各種爆發。因此團隊在星 團的 恆星 殘骸系 統中搜索。Farihi繼續解說：「藉助哈勃望遠鏡分析白矮星 的 大氣，是發現固態行星 信號、探測其組成元素的 最好方法。」哈勃不但在畢星 團成員的 大氣中發現了硅，還發現碳的 含量較低，這是岩石碎片的 另一個信號。天文學家預期在類地行星 中，碳基本消耗完了。天文學家要判定落入白矮星 大氣中的 行星 碎片的 性質和起源，碳是關鍵元素。但它的 光譜信號僅在紫外波段出現，因此不能由地基望遠鏡觀測。探測碳光譜信息，需要哈勃的 宇宙起源攝譜儀（COS）。

PDF插圖，一顆白矮星 的 光譜。可以看到Si和氧的 譜線明顯較強。版權：原作者。Farihi繼續說：「通過觀測白矮星 大氣受污染的 方法，我們不需要其他的 行星 探測技術就能發現固態行星 的 化學證據。例如，我們通過分析硅-碳含量比就可以確定，這些物質是來自類地行星 的 。假如我們把這樣的 物質放到一個小孩或者成人的 手上，然後問他們：『這是什麼？』是個人都能回答：『石頭！』，而無需進行科學分析。人們都能準確地把握這些，因為這是我們熟知的 。」Farihi推測，（當過於靠近時，）因為白矮星 的 強大潮汐力，小於160千米的 小行星 會被撕碎。碎片將拉成一個圍繞死亡恆星 的 環，並最終落入白矮星 。他繼續分析：「除了引力，我們很難想像還有其他的 機制導致物質過於靠近白矮星 ，並最終如雨點般落入它。」通過測量死亡恆星 吞噬塵埃的 速率，團隊估算了小行星 的 尺寸。吞噬速率約為10噸/秒，相當於一條小河的 流量。他們接著比較了其他白矮星 上的 物質下落速率。

兩顆白矮星 在畢星 團的 定位。圖像中最亮的 恆星 是著名的 畢宿五（金牛座α），它並不是畢星 團的 成員。大圖下載：3.6MB。版權：NASA，ESA；STScI；DSS。對畢星 團的 研究使我們對50億年後太陽系 將發生什麼有了更深了解。當太陽耗盡其核心的 氫，它將膨脹為紅巨星 ，吞下水星 、金星 ，甚至可能包括地球。當太陽開始拋棄其外層大氣，它將損失質量。太陽和木星 間的 引力平衡將發生改變，使主帶小行星 出現混亂。部分小行星 可能變得過於靠近太陽，而被太陽粉碎。碎片將形成圍繞死亡太陽的 環，類似於畢星 團中白矮星 周圍的 碎片環。這兩顆被「污染」的 白矮星 是由英國華威大學的 Boris G?nsicke領導的 團隊研究項目的 一部分，他們在100多顆白矮星 周圍尋找系 外行星 。團隊成員、德國基爾大學的 Detlev Koester藉助複雜的 計算機模型，用於分析COS數據中白矮星 大氣的 各種化學成分，並追溯到可能的 行星 。研究團隊計劃用相同的 技術分析更多的 白矮星 ，不但要鑒別出岩石碎片，還希望發現整個行星 。Farihi總結說：「本技術的 優美之處就在於不論宇宙如何演變，我們都有辦法觀測它。我們已經有了太陽系 的 地圖，但我們對宇宙知之甚少。類地行星 或者宜居行星 是否有另外的 組成方式？它們的 化學成分能夠告訴我們答案。藉助哈勃強大的 擁有紫外光觀測能力的 光譜儀——COS，以及未來將建成的 地基30~40米口徑的 超大型光學望遠鏡，我們有能力闡述新的 宇宙篇章。我們希望繪製包含數百個岩石行星 積木塊的 畫卷，從中看出它們有多少是與地球相似的 、多少是不同的 、多少是迥異的 。說不定，我們能發現某些意想不到的 事物呢！」譯註：因為類太陽恆星 不能通過自身的 核聚變產生硅，所以較高含量的 硅應該來自類地行星 ，而不是白矮星 的 前身星 產生的 。
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