一顆行星剛剛消失。美國宇航局的哈勃望遠鏡揭示了暴力的宇宙秘密

研究人員首先註意到一個亮點，並假設它是一顆佈滿灰塵的行星，反射了其恆星的亮度。當物體消失並且附近出現另一個明亮的光源時，這種解釋就被消除了。包括西北大學天體物理學家傑森·王在內的國際研究小組意識到，沒有行星可見。相反，光線來自劇烈碰撞產生的發光碎片雲。

觀測結果顯示，兩次獨立而強大的撞擊在同一行星系統內產生了不斷擴大的塵埃雲。實時捕捉這些事件為科學家提供了一個難得的窗口，了解行星如何形成以及什麼樣的材料聚集在一起構建新世界。

研究結果發表在 12 月 18 日的期刊上 科學。

“在恆星周圍的塵埃帶中發現新光源令人驚訝。我們根本沒想到，”王說。 “我們的主要假設是，在過去的二十年裡，我們已經看到了兩次星子碰撞——小型岩石物體，比如小行星。星子碰撞是非常罕見的事件，這是我們第一次在太陽系之外看到它們。研究星子碰撞對於理解星子結構對於行星防禦計劃（例如雙小行星重定向測試（DART））的重要性非常重要。”

主要作者、加州大學伯克利分校的天文學家保羅·卡拉斯說：“這無疑是我第一次看到系外行星系統中突然出現一個光點。” “我們之前所有的哈勃圖像中都沒有它，這意味著我們剛剛看到了兩個巨大物體和一個巨大碎片雲之間的劇烈碰撞，這與今天太陽系中的任何東西都不同。”

王專門研究系外行星成像，是西北大學溫伯格藝術與科學學院物理學和天文學助理教授，也是天體物理學跨學科探索與研究中心（CIERA）的成員。

北落師門及其令人驚嘆的塵土飛揚的環境

碰撞發生在北落師門恆星周圍的行星系統中，距離地球 25 光年，位於南魚座。北落師門比太陽還大，周圍環繞著巨大而復雜的塵埃碎片帶。

“該系統擁有我們所知最大的塵帶之一，”王說。 “這使得它成為一個容易研究的目標。”

多年來，天文學家一直在爭論北落師門 b 明亮天體的性質，該天體於 2008 年首次報導位於恆星主塵埃帶之外。一些研究人員認為它是一顆行星，而另一些研究人員則懷疑它是因撞擊而膨脹的塵埃雲。

2023 年，新的哈勃觀測又帶來了另一個轉折。原來的光源消失了，但在系統稍有不同的部分出現了一個新的明亮物體。

“通過這些觀測，我們的初衷是監測北落師門b，我們最初認為它是一顆行星，”王說。 “我們假設明亮的光線是北落師門 b，因為它是系統中的已知光源。但在仔細比較我們的新圖像與過去的圖像後，我們意識到它不可能是同一個光源。這很令人興奮，也讓我們摸不著頭腦。”

兩次獨立宇宙大混亂的證據

原始物體的消失（現在標記為北落師門 cs1）表明它是撞擊後緩慢消散的塵埃雲。稱為 Fomalhaut cs2 的第二個明亮光源的出現進一步證明這兩個物體都不是行星。相反，兩者似乎都是大型星子碰撞時產生的碎片雲。

北落師門 cs2 看起來很像二十年前 cs1 首次出現的樣子，無論是亮度還是位置。通過分析這些事件，團隊能夠計算出該系統中發生此類碰撞的頻率。

“理論表明，每 10 萬年或更長時間應該發生一次碰撞。在這裡，20 年來，我們已經看到了兩次，”卡拉斯說。 “如果你有一部過去 3000 年的電影，並且你把它的速度加快了，每年幾分之一秒，想像一下你會在這段時間內看到多少次閃光。北落師門行星系統會因這些碰撞而發光。”

由於結果出乎意料，王進行了四項獨立分析之一來證實這一發現。每次分析都在大致相同的區域檢測到一個新的瞬態光源，強化了觀察到兩次獨立碰撞的結論。

王說：“這是我們第一次看到這樣的事情。” “因此，我們需要確保我們可以相信我們的圖像，並且我們正在正確測量碰撞的特性。我對數據進行了分析，以表明四項獨立分析可以自信地檢測到恆星周圍的新來源。”

為什麼塵埃雲可以欺騙行星獵人

除了揭示活躍的碰撞之外，這一發現也為未來的行星搜索敲響了警鐘。巨大的塵埃雲可以通過反射星光來模仿系外行星的外觀，欺騙天文學家。

“北落師門 cs2 看起來就像一顆反射星光的太陽系外行星，”卡拉斯說。 “我們從研究 Cs1 中了解到，巨大的塵埃雲可以偽裝成行星多年。這對未來計劃在反射光下探測系外行星的任務來說是一個警告。”

隨著像大麥哲倫望遠鏡這樣的新天文台準備直接對附近恆星周圍的類地行星進行成像，區分真正的行星和臨時塵埃雲將變得越來越重要。

拉到韋伯那裡看看

儘管北落師門 cs1 已經消失，但研究人員計劃繼續監測該系統。他們的下一個目標是 cs2，這可能會更多地揭示年輕行星系統中碰撞如何發生。

未來的觀測將基於美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）近紅外相機（NIRCam）。與哈勃望遠鏡不同，近紅外相機可以捕獲詳細的顏色信息，幫助科學家確定塵埃顆粒的大小和成分，包括它們是否含有水或冰。

“由於哈勃望遠鏡的年齡，它無法收集可靠的系統數據，”王說。 “幸運的是，我們現在有了 JWST。我們已經採用了 JWST 計劃來跟踪這次星子碰撞，以了解新的星周源以及碰撞的兩個母星子的性質。”

這項名為“北落師門系統中的第二次劇烈星子碰撞”的研究得到了 NASA 的支持（獎項編號 HST-GO-17139）。