哈勃发现被小行星碎片污染的死亡恒星

原文标题：Hubble Finds Dead Stars “Polluted” with Planet Debris

原文作者：Jay Farihi，Robert Massey，Nicky Guttridge，Ray Villard；

来自：哈勃官网； 发表时间：2013.5.9;

翻译：gohomeman1  审校：Linq （编译版权所有，未经许可请勿转载）

2013.5.9：在毕星 团的 深处，两颗恒星 残骸证明曾经有行星 围绕过它们：小行星 碎片正如雨点般落入炽热的 白矮星 大气中。小行星 与类地行星 的 物质组成类似，发现小行星 也意味着那些系 统中存在着类地行星 的 可能。

被小行星 环围绕的 白矮星 的 艺术想象图，大图下载：3.3MB，版权：NASA，ESA；STScI； G. Bacon。

美国宇航局（NASA）和欧洲空间局（ESA）合作的 哈勃太空望远镜，在几乎不可能的 所在：两颗恒星 残骸——白矮星 的 大气中发现了类地行星 的 组成模块。白矮星 的 大气看似被落入其中的 小行星 碎片所污染。研究者由此推测，恒星 系 统中普遍存在岩态行星 。

这两颗白矮星 位于离我们150光年的 毕星 团，属于夜空中的 金牛座。毕星 团还比较年轻，仅6.25亿年。

在白矮星 的 哈勃光谱观测数据中鉴别出了硅，一种组成太阳系 的 类地行星 的 主要元素。这些硅可能来自小行星 ，当它们过于靠近白矮星 时，因其引力潮汐而破碎落入。岩石碎片可能形成一个围绕死亡恒星 的 环，然后给它输送物质。

毕星 团所在的 金牛座星 空。毕星 团核心半径约9光年，而它离我们仅151光年。图像中的 红、蓝点都是星 团成员，其中红点是星 团的 核心区亮星 。

根据围绕白矮星 的 这些物质推测，类地行星 应该形成于恒星 诞生之时。当恒星 坍缩为白矮星 后，继续留存的 气态巨行星 可能会扰乱劫后余生的 小行星 轨道，使它们落向恒星 。 报告首席作者、英国剑桥大学的 Jay Farihi解说：“我们鉴别出了类地行星 ‘乐高’积木块的 证据。当恒星 诞生时，也同时形成了行星 ，而现在是回收行星 的 好时机。我们看到的 光谱证据说明了此点。这些碎片至少与我们太阳系 中构成类地行星 的 原始岩块相当。” Farihi团队的 研究报告将发表在2013.5.2出版的 《皇家天文学会月度通讯》上。 天文学家普通相信，所有的 恒星 形成于星 团中。但是搜寻系 外行星 的 努力仅在星 团中发现了极少量的 行星 。Farihi猜测星 团中的 系 外行星 因难以精确测量而更难发现，因为恒星 既年轻又活跃，会产生耀斑等各种爆发。

因此团队在星 团的 恒星 残骸系 统中搜索。Farihi继续解说：“借助哈勃望远镜分析白矮星 的 大气，是发现固态行星 信号、探测其组成元素的 最好方法。”

哈勃不但在毕星 团成员的 大气中发现了硅，还发现碳的 含量较低，这是岩石碎片的 另一个信号。天文学家预期在类地行星 中，碳基本消耗完了。天文学家要判定落入白矮星 大气中的 行星 碎片的 性质和起源，碳是关键元素。但它的 光谱信号仅在紫外波段出现，因此不能由地基望远镜观测。探测碳光谱信息，需要哈勃的 宇宙起源摄谱仪（COS）。

PDF插图，一颗白矮星 的 光谱。可以看到Si和氧的 谱线明显较强。版权：原作者。

Farihi继续说：“通过观测白矮星 大气受污染的 方法，我们不需要其他的 行星 探测技术就能发现固态行星 的 化学证据。例如，我们通过分析硅-碳含量比就可以确定，这些物质是来自类地行星 的 。假如我们把这样的 物质放到一个小孩或者成人的 手上，然后问他们：‘这是什么？’是个人都能回答：‘石头！’，而无需进行科学分析。人们都能准确地把握这些，因为这是我们熟知的 。”

Farihi推测，（当过于靠近时，）因为白矮星 的 强大潮汐力，小于160千米的 小行星 会被撕碎。碎片将拉成一个围绕死亡恒星 的 环，并最终落入白矮星 。他继续分析：“除了引力，我们很难想象还有其他的 机制导致物质过于靠近白矮星 ，并最终如雨点般落入它。”

通过测量死亡恒星 吞噬尘埃的 速率，团队估算了小行星 的 尺寸。吞噬速率约为10吨/秒，相当于一条小河的 流量。他们接着比较了其他白矮星 上的 物质下落速率。

两颗白矮星 在毕星 团的 定位。图像中最亮的 恒星 是著名的 毕宿五（金牛座α），它并不是毕星 团的 成员。大图下载：3.6MB。版权：NASA，ESA；STScI；DSS。

对毕星 团的 研究使我们对50亿年后太阳系 将发生什么有了更深了解。当太阳耗尽其核心的 氢，它将膨胀为红巨星 ，吞下水星 、金星 ，甚至可能包括地球。当太阳开始抛弃其外层大气，它将损失质量。太阳和木星 间的 引力平衡将发生改变，使主带小行星 出现混乱。部分小行星 可能变得过于靠近太阳，而被太阳粉碎。碎片将形成围绕死亡太阳的 环，类似于毕星 团中白矮星 周围的 碎片环。

这两颗被“污染”的 白矮星 是由英国华威大学的 Boris G?nsicke领导的 团队研究项目的 一部分，他们在100多颗白矮星 周围寻找系 外行星 。团队成员、德国基尔大学的 Detlev Koester借助复杂的 计算机模型，用于分析COS数据中白矮星 大气的 各种化学成分，并追溯到可能的 行星 。

研究团队计划用相同的 技术分析更多的 白矮星 ，不但要鉴别出岩石碎片，还希望发现整个行星 。Farihi总结说：“本技术的 优美之处就在于不论宇宙如何演变，我们都有办法观测它。我们已经有了太阳系 的 地图，但我们对宇宙知之甚少。类地行星 或者宜居行星 是否有另外的 组成方式？它们的 化学成分能够告诉我们答案。借助哈勃强大的 拥有紫外光观测能力的 光谱仪——COS，以及未来将建成的 地基30~40米口径的 超大型光学望远镜，我们有能力阐述新的 宇宙篇章。我们希望绘制包含数百个岩石行星 积木块的 画卷，从中看出它们有多少是与地球相似的 、多少是不同的 、多少是迥异的 。说不定，我们能发现某些意想不到的 事物呢！”

译注：因为类太阳恒星 不能通过自身的 核聚变产生硅，所以较高含量的 硅应该来自类地行星 ，而不是白矮星 的 前身星 产生的 。