有小行星在北落師門附近干杯了？不止一次？

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原作：Jan Hattenbach

翻譯：呂梓欣

校譯：張國雙

編排：關(guān)關(guān)

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/did-asteroids-collide-near-fomalhaut-again/

這顆年輕的近鄰恒星可能正在其行星系統(tǒng)形成過程中經(jīng)歷反復(fù)的劇烈碰撞。

這張合成圖像由哈勃太空望遠鏡拍攝而成，展示了圍繞在北落師門恒星周圍的碎屑環(huán)以及塵埃云cs1和cs2。為了方便比較，將2012年拍攝的塵埃云cs1和2023年拍攝的塵埃云cs2一同呈現(xiàn)。圖中用虛線圈出了這些塵埃云的位置。當(dāng)塵埃云cs2突然出現(xiàn)時，天文學(xué)家們很快就意識到他們見證了兩個巨大天體的劇烈碰撞。先前被認為是一顆行星的cs1，現(xiàn)在被歸為類似的碎屑云。為了方便觀察更暗的特征，這張圖片中的北落師門被遮擋了起來，其位置用白色五角星標(biāo)注。

圖源：美國航天局 / 歐洲空間局 / 保羅·卡拉斯（Paul Kalas，加州大學(xué)伯克利分校）；圖片處理：Joseph DePasquale（空間望遠鏡研究所）

2014年和2023年間的某一時刻，在明亮恒星北落師門周圍，疑似有兩顆太空巖塊發(fā)生碰撞：哈勃太空望遠鏡拍攝的圖像在距離該恒星約130個天文單位（au）的地方捕捉到了一個亮點，此前該位置并無此亮點。一年后，2024年9月，該亮點的位置發(fā)生了變化，這一變化排除了背景干擾的可能性。“這無疑是我第一次在系外行星系統(tǒng)中看到一個光點憑空出現(xiàn)。”加州大學(xué)伯克利分校的保羅·卡拉斯（Paul Kalas）說道，“在此之前的所有哈勃圖像中都沒有這個光點，這意味著我們目睹了兩個巨大天體的劇烈碰撞，并產(chǎn)生了一個巨大的碎屑云。”

研究人員推測，形成這片云團的天體尺寸小于100米（約330英尺），且云團自身將在幾年內(nèi)消散。而卡拉斯及其團隊，恰好把握住了觀測該天體系統(tǒng)的最佳時機。這并非完全是巧合：這些天文學(xué)家當(dāng)時正在尋找他們二十年前發(fā)現(xiàn)的一個云團，起初還將其誤認作一顆行星。

北落師門是南魚座中最明亮的恒星，距離我們僅有25光年，足以讓我們展開詳細研究。該恒星的年齡也只有4.4億年，還不到太陽的9%。太陽系處于這一年齡階段時，小行星之間的碰撞極為頻繁。這些早期撞擊所造成的后果至今仍能從月球表面的隕石坑中看到。

2005年，卡拉斯和同樣來自伯克利的詹姆斯·格雷厄姆（James Graham），以及來自馬里蘭州戈達德航天中心的馬克·克拉普林（Mark Clampin），首次對這顆恒星的幼年行星系統(tǒng)進行了成像。他們發(fā)現(xiàn)北落師門周圍有一條寬達25個天文單位的塵埃帶。這一塵埃帶存在輕微偏移，且內(nèi)邊緣輪廓清晰，這讓科學(xué)家推測，至少有一顆“守護”行星正在塑造這個星盤，就像土星的衛(wèi)星維持著那條著名的土星環(huán)一樣。隨后，2004年至2006年期間拍攝的哈勃圖像顯示，在這條塵埃帶內(nèi)有一顆圍繞著恒星運行的點狀光源。它被稱為北落師門b，當(dāng)時它被認定為首顆人類通過恒星光反射效應(yīng)探測到的系外行星。

然而，在后續(xù)拍攝的圖像中，那個光點略微向外偏移，遠離了北落師門。同時，它的大小在不斷擴大，亮度卻在逐漸減弱。2014年，北落師門b的存在引發(fā)了爭議。一些天文學(xué)家認為，該天體可能是一顆被塵埃包圍的、正在形成的系外行星；而另一些人則主張，它實際是由兩個大型星子相撞形成的膨脹碎屑云 —— 星子即演化中的行星系統(tǒng)內(nèi)的大型小行星。。

起初，后一種觀點似乎可信度不高：人們認為這種規(guī)模的碰撞每隔幾十萬年才會發(fā)生一次。但在2020年，來自亞利桑那大學(xué)的安德烈斯·加斯帕爾（András Gáspár）和喬治·里克（George Rieke）稱這種碰撞假說能夠解釋所有的觀測證據(jù)。

因此，2023年，距上次觀測時隔九年，卡拉斯及其團隊利用哈勃望遠鏡觀測這顆恒星時，第一時間尋找北落師門b的遺跡，也就是他們現(xiàn)在所說的“北落師門星周源1”（簡稱為北落師門cs1）。但是，他們一無所獲，這進一步證明了該光源是一個塵埃云。但令他們驚訝的是，在距離20年前觀測到北落師門cs1的位置1.23角秒（相當(dāng)于23.4個天文單位）的地方，出現(xiàn)了另一個光點，他們將其命名為cs2，它的亮度似乎是2005年的北落師門cs1的兩倍還多。

卡拉斯說：“北落師門cs2看起來就像是一顆反射著恒星光的太陽系外行星。”這一次，由于之前的觀測圖像中該位置并無任何可見天體，天文學(xué)家們沒有被這種現(xiàn)象所迷惑：“從對cs1的研究中我們了解到，一大片塵埃云可以偽裝成一顆行星長達數(shù)年。”

“在2020年，我們證明[cs1]可能是源自該星系中一次大型星子的碰撞，但這一結(jié)論遭到了業(yè)內(nèi)學(xué)者的質(zhì)疑。”加斯帕爾并非是卡拉斯團隊成員，但他表示，“我很高興看到此前關(guān)于北落師門b的推論得到證實。這表明在北落師門周圍，發(fā)生此類事件的頻率可能比之前認為的要高。”

事實上，在2022年，加斯帕爾、里克及其團隊利用詹姆斯·韋伯空間望遠鏡所拍攝的高分辨率圖像，在現(xiàn)有的塵埃環(huán)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了另一條塵埃帶。他們提出，cs1可能就出自這條塵埃帶，并認為該區(qū)域碰撞頻率更高。

加斯帕爾的團隊還發(fā)現(xiàn)了另一團疑似碎屑云，這或許是更大規(guī)模碰撞的產(chǎn)物。“我們利用詹姆斯·韋伯空間望遠鏡/中紅外儀對內(nèi)盤進行了成像，而此次最新的觀測結(jié)果也表明，北落師門系統(tǒng)實際上在動力學(xué)層面非常活躍。”加斯帕爾補充道。

如果這兩次大規(guī)模碰撞之間的時間間隔為數(shù)十年而非數(shù)十萬年的話，那么在北落師門的生命周期中，類似的事件可能已經(jīng)發(fā)生了數(shù)百萬次。

加州理工學(xué)院噴氣推進實驗室的研究員埃里克·馬馬杰克（Eric Mamajek）（非卡斯拉研究團隊成員）表示，北落師門可能正在經(jīng)歷比我們太陽系數(shù)十億年前更為劇烈的演化階段。“人們有時似乎會忽略：北落師門是一個由兩顆遙遠的低質(zhì)量的恒星組成的三重星系。”這兩顆恒星被稱為南魚座TW和LP 876-10，或北落師門B和北落師門C，它們的質(zhì)量都遠低于1.9個太陽質(zhì)量的北落師門。它們的運行軌道非常廣闊，只有通過它們相同的運動和相似的年齡才能認出它們是北落師門的伴星。尤其是LP 876-10，它位于水瓶座附近，距離北落師門非常遙遠。

然而，馬馬杰克認為，盡管這些天體質(zhì)量較小且距離較遠，但它們有時仍可能靠近主星，從而嚴(yán)重擾亂其周圍的塵埃帶。“這個星系的動態(tài)演變可能會波及圍繞這些恒星運行的行星體，并對這些行星體造成大量破壞。”他補充道，“北落師門可能正處于內(nèi)部劇烈碰撞的階段。”

卡拉斯及其團隊將繼續(xù)監(jiān)測cs2，以觀察其在未來幾年內(nèi)的變化，并借此探究太陽系的演變史。

責(zé)任編輯：DAIKIN

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LDN 1622: Dark Nebula in Orion
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