宇宙中的“自相残杀”：死去的恒星被发现能“暴力撕裂”行星系统

导读：一项新研究发现，一颗白矮星可以从行星系统中的破碎天体中吸出碎片。

一项新研究发现，一颗白矮星可以从行星系统中的破碎天体中吸出碎片。哈勃太空望远镜探测到汽化碎片的光谱特征，揭示了岩石金属和冰质物质的组合，即行星的成分。这些发现有助于描述进化行星系统的暴力性质及其解体的组成。

白矮星是一颗类似太阳的恒星耗尽其核燃料并排出其大部分外部物质之后剩下的所有东西--摧毁了围绕它的行星系统中的天体。被恒星吞噬的天体在其表面留下了明显的“指纹”--被哈勃太空望远镜和其他NASA观测站捕捉到。光谱证据显示，这颗白矮星正在吸走岩石金属和冰冷物质--来自其系统内部和外部的碎片。发现冰冷天体的证据是耐人寻味的，因为它意味着“水库 ”可能在行星系统的边缘很常见，提高了我们所知的生命出现的机会。

来自美国宇航局哈勃太空望远镜和美国宇航局其他观测站的档案数据对于发现这个宇宙“自相残杀”的案例至关重要。这些发现有助于描述进化的行星系统的暴力性质，并可以告诉天文学家关于新形成的系统的构成。

这些发现是基于对附近的白矮星G238-44的大气层所捕获的材料的分析。白矮星是像我们的太阳这样的恒星在脱落其外层并停止通过核聚变燃烧燃料后留下的东西。"我们从未见过这两种天体同时吸积到白矮星上，"首席研究员、加州大学洛杉矶分校（UCLA）最近的本科毕业生 Ted Johnson说。“通过研究这些白矮星，我们希望能更好地了解那些仍然完整的行星系统。”

这些发现也很耐人寻味，因为小型冰冷的天体被认为是撞入并"灌溉"了我们太阳系中干燥的岩石行星。几十亿年前，彗星和小行星被认为向地球输送了水，引发了我们所知的生命的必要条件。Johnson说，被探测到的雨滴落在白矮星上的天体的构成意味着“冰库”可能在行星系统中很常见。

加州大学洛杉矶分校教授兼共同作者Benjamin Zuckerman说：“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。”

行星系统演化的理论将红巨星和白矮星阶段之间的过渡描述为一个混乱的过程。恒星很快失去了它的外层，它的行星轨道发生了巨大的变化。小天体，如小行星和矮行星，可能会冒险离巨行星太近，并被送向恒星坠落。这项研究证实了这一暴力混乱阶段的真实规模，表明在其白矮星阶段开始后的1亿年内，这颗恒星能够同时从其小行星带和柯伊伯带状区域捕获和消耗物质。

在这项研究中，估计最终被白矮星吞噬的总质量可能不超过一颗小行星或小卫星的质量。虽然白矮星正在吞噬的至少两个天体的存在没有直接测量，但很可能一个是像小行星那样富含金属的天体，另一个是类似于在太阳系边缘的柯伊伯带中发现的天体。

尽管天文学家已经编入了5000多颗系外行星的目录，但我们对其内部构成有一些直接了解的唯一行星是地球。白矮星“自相残杀”提供了一个独特的机会，可以把行星拆开，看看它们最初围绕恒星形成时是由什么构成的。

该小组测量了氮、氧、镁、硅和铁等元素的存在。探测到非常高丰度的铁是陆地行星金属核心的证据，如地球、金星、火星和水星。出乎意料的高氮丰度使他们得出了存在冰体的结论。“与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，后者是由冰和灰尘组成的，”Johnson说。“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。”

行星系统的死亡

当像我们的太阳这样的恒星在其生命的晚期膨胀成一颗红巨星时，它将通过膨化其外层来减少质量。这样做的一个后果是，像小行星、彗星和卫星这样的小天体会被任何剩余的大行星引力散射。就像街机游戏中的弹球一样，幸存的物体可能被抛向高度偏心的轨道。

“在红巨星阶段之后，剩下的白矮星是紧凑的--不比地球大。一些行星最终会非常接近恒星，并经历强大的潮汐力，将它们撕裂，形成一个气态和尘埃的圆盘，最终落到白矮星的表面上。”Johnson解释说。

研究人员正在研究50亿年后太阳演变的最终情况。地球可能与内行星一起被完全蒸发掉。但是主小行星带中的许多小行星的轨道将受到木星的引力干扰，并最终落到残余太阳将成为的白矮星上。

两年多来，加州大学洛杉矶分校、加州大学圣地亚哥分校和德国基尔大学的研究小组，通过分析在编为G238-44的白矮星上检测到的元素，努力揭开这个谜团。他们的分析包括来自美国宇航局退役的远紫外光谱探测器（FUSE）、夏威夷凯克天文台的高分辨率埃切莱特光谱仪（HIRES）以及哈勃太空望远镜的宇宙起源光谱仪（COS）和太空望远镜成像光谱仪（STIS）的数据。