一顆恒星的死亡痛苦劇烈地擾亂了它的行星系，以至于留下的死恒星，即白矮星，正在吸走系統(tǒng)內(nèi)外的碎片。這是天文學(xué)家首次觀測到白矮星同時消耗巖石金屬和冰質(zhì)物質(zhì)，這是行星的組成成分。

NASA哈勃太空望遠鏡和其他NASA觀測站的檔案數(shù)據(jù)對于診斷這起宇宙同類相食案件至關(guān)重要。這些發(fā)現(xiàn)有助于描述演化行星系統(tǒng)的劇烈性質(zhì)，并可以告訴天文學(xué)家新形成系統(tǒng)的組成。

這些發(fā)現(xiàn)是基于對附近白矮星G238-44大氣中捕獲的物質(zhì)的分析。白矮星是像我們的太陽一樣的恒星在核聚變過程中，外層脫落并停止燃燒燃料后的殘留物?！拔覀儚奈匆娺^這兩種物體同時吸積到一顆白矮星上?！笔紫芯繂T、加州大學(xué)洛杉磯分校本科畢業(yè)生特德·約翰遜說?！巴ㄟ^研究這些白矮星，我們希望對仍然完整的行星系統(tǒng)有更好地了解。”

這一發(fā)現(xiàn)也很有趣，因為人們認為小型冰狀天體撞擊并“灌溉”了我們太陽系中干燥的巖石行星。數(shù)十億年前，彗星和小行星被認為向地球輸送了水，為我們所知的生命創(chuàng)造了必要的條件。約翰遜說，檢測到的雨落在白矮星上的天體的組成意味著冰庫可能在行星系統(tǒng)中很常見。

這些發(fā)現(xiàn)也很有趣，因為小冰天體被認為是撞擊并“灌溉”了我們太陽系中干燥的巖石行星。 數(shù)十億年前，彗星和小行星被認為向地球輸送了水，為我們所知的生命提供了必要的條件。 約翰遜說，探測到的落在白矮星上的天體的組成表明，冰水庫可能在行星系統(tǒng)中很常見。

“我們所知的生命需要一個巖石星球，上面覆蓋著碳、氮和氧等多種元素。”加州大學(xué)洛杉磯分校教授、合著者本杰明·扎克曼說?！拔覀冊谶@顆白矮星上看到的元素的豐度似乎需要一個巖石和富含揮發(fā)性物質(zhì)的母體——這是我們在數(shù)百顆白矮星的研究中發(fā)現(xiàn)的第一個例子。”

這張行星系統(tǒng)G238-44的圖解說明了它的毀滅軌跡。這顆微小的白矮星處于行動的中心。 一個非常微弱的吸積盤是由落到白矮星上的碎片組成的。其余的小行星和行星體構(gòu)成了圍繞恒星的物質(zhì)庫。系統(tǒng)中可能仍存在較大的氣態(tài)巨行星。更遠的地方是彗星等冰冷天體帶，它們最終也成為這顆死亡恒星的食物。
影像來源：NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

撞車大賽

行星系統(tǒng)演化理論將紅巨星和白矮星相之間的過渡描述為一個混沌過程。這顆恒星很快失去了它的外層，它的行星的軌道發(fā)生了巨大的變化。像小行星和矮行星這樣的小天體，可能過于靠近巨行星而直線墜落到恒星上。這項研究證實了這一劇烈混亂階段的真實規(guī)模，表明在白矮星階段開始后的 1 億年內(nèi)，這顆恒星能夠同時捕獲和消耗其小行星帶和柯伊伯帶狀區(qū)域的物質(zhì)。

在這項研究中，估計最終被白矮星吞噬的總質(zhì)量可能不超過一顆小行星或小衛(wèi)星的質(zhì)量。雖雖然沒有直接測量到白矮星消耗的至少兩個物體的存在，但很可能其中一個像小行星一樣富含金屬，另一個是類似于柯伊伯帶太陽系邊緣發(fā)現(xiàn)的冰體。

盡管天文學(xué)家已經(jīng)對5,000多顆系外行星進行了編目，但我們對其內(nèi)部構(gòu)成有一些直接了解的唯一行星是地球。白矮星同類相食提供了一個獨特的機會，可以將行星分開，看看它們最初在恒星周圍形成時是由什么構(gòu)成的。

研究小組測量了氮、氧、鎂、硅和鐵等元素的存在。鐵的豐度非常高，這是地球、金星、火星和水星等類地行星金屬核心存在的證據(jù)。出乎意料的高氮豐度使他們得出了冰體存在的結(jié)論。“與我們的數(shù)據(jù)最吻合的是類似水星的物質(zhì)和類似彗星的物質(zhì)的混合，它們由冰和塵埃組成，比例接近2:1?！奔s翰遜說?！拌F金屬和氮冰都表明行星形成條件大相徑庭。目前還沒有已知的太陽系天體同時具備這兩種條件?！?/p>

行星系統(tǒng)的死亡

當(dāng)像我們太陽這樣的恒星在生命后期膨脹成一個紅巨星時，它會通過膨脹外層而減少質(zhì)量。由此產(chǎn)生的一個后果可能是任何剩余的大行星對小行星、彗星和衛(wèi)星等小物體的引力散射。就像街機游戲中的彈球一樣，幸存的物體可以被拋入高度偏心的軌道。

“在紅巨星階段之后，剩下的白矮星是致密的——不比地球大。這些難以控制的行星最終會變得非常接近恒星，并并經(jīng)歷了強大的潮汐力，將它們撕裂開來，形成一個氣態(tài)和塵埃盤，最終落在白矮星的表面?！奔s翰遜解釋說。

研究人員正在研究50億年后太陽演化的最終情景。地球可能會和內(nèi)行星一起完全蒸發(fā)。但是，主小行星帶中許多小行星的軌道將受到木星的引力擾動，最終落在殘余太陽所形成的白矮星上。

兩年多來，加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)圣地亞哥分校和德國基爾大學(xué)的研究團隊一直致力于通過分析在編號為G238-44的白矮星上檢測到的元素來解開這個謎團。他們的分析包括來自NASA退役的遠紫外光譜探測器（FUSE）、夏威夷凱克天文臺的高分辨率階梯光譜儀（HIRES）以及哈勃太空望遠鏡的宇宙起源光譜儀（COS）和太空望遠鏡成像光譜儀（STIS）的數(shù)據(jù)。

該團隊的研究結(jié)果于2022年6月15日星期三在美國天文學(xué)會（AAS）新聞發(fā)布會上公布。

原文：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/hubble-dead-star-caught-ripping-up-planetary-system