北落師門β，被塵埃遮蔽的系外行星還是塵埃本身？
北落師門β是“從未有過的星球”嗎？天文學(xué)家們持續(xù)對這一天體及其周邊天體的性質(zhì)進行研究討論，推測它可能不是行星，而是大規(guī)模碰撞產(chǎn)生的膨脹塵埃云。
（圖源：美國國家航空局）
2006年，天文學(xué)家在25光年外發(fā)現(xiàn)了一顆行星，它圍繞著明亮的南魚座α星——恒星北落師門運行。但后續(xù)觀察顯示，情況并非如此簡單。
近期，亞利桑那大學(xué)的安德拉斯格帕斯拉和喬治·瑞克利用以前沒有的科研和計算機模擬技術(shù)，在美國國家科學(xué)院發(fā)表觀點，認(rèn)為北落師門β根本不是行星——只是一個曾經(jīng)的巨大小行星撞擊后形成的塵土飛揚的遺骸。
（圖解：一位藝術(shù)家創(chuàng)作的概念圖，顯示了劇烈的小行星碰撞可能導(dǎo)致我們所看到的北落師門b塵埃云；圖源：美國國家航天局/歐洲航天局/科恩·梅瑟）
北落師門β之謎
自1993年以來，北落師門星系一直是人類進行系外行星搜索的目標(biāo)。一方面是因為它的年齡相對于我們可觀測的宇宙內(nèi)其他天體而言很年輕——只有4.4億歲。另一方面是因為它輻射的紅外線比與它類似天體正常輻射要高得多。隨著時間的推移，人們拍攝到了圍繞北落師門恒星的“索倫之眼”——暖塵環(huán)更清晰的圖像。這個薄薄的環(huán)暗示著，巨大的引力星球會隨著時間的推移逐漸形成其核心結(jié)構(gòu)。
但當(dāng)加州大學(xué)伯克利分校的保羅·卡拉斯和他的同事們在2005年探尋到北落師門β的蹤跡時，發(fā)現(xiàn)它并不是那些可疑的引力星球。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的圖像顯示出一個距離恒星約115天文單位的移動可見光點。它距離恒星約等于柯伊伯帶遠(yuǎn)處與太陽之間的距離。
光點移動證明它不是背景星。不過，在之后的紅外觀測中，它消失了。這表明它的質(zhì)量很小。事實上，一些紅外觀測的精確度不足導(dǎo)致了它被忽略，以至于天文學(xué)家們開始懷疑之前發(fā)現(xiàn)的可見光是否真的來自于行星。
卡拉斯說：“毫無疑問，北落師門β是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡有史以來最有趣的發(fā)現(xiàn)之一，也是系外行星科學(xué)史上最難探測的任務(wù)之一。”
（圖解：近日一個國際研究小組利用阿塔卡馬大型毫米波╱亞毫米波陣列(ALMA)拍攝到最詳細(xì)的“北落師門”恒星系統(tǒng)，就像電影《魔戒》里的“索倫之眼”。 “北落師門”圍繞著一圈橢圓狀塵埃云。）
研究舊觀測結(jié)果，提出新的猜想
天文學(xué)家們很快意識到，僅僅用普通的行星散射其主星的光線的理論并不能解釋這一現(xiàn)象。很快，他們提出了兩種不同的假設(shè)。
這個天體是一個籠罩在塵埃中的小星球，或者甚至是一個最近誕生了衛(wèi)星系統(tǒng)的星球。
這個天體可能根本就不是一顆行星，只是最近一次天體劇烈碰撞產(chǎn)生的短暫的塵埃。
2013至2014年間，加斯帕爾和瑞克對第二種情況進行了修正，他們分析了之前間哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到但并未對公眾公開的圖像，獲取了總數(shù)達到7張的相關(guān)觀察影像，這些是哈勃望遠(yuǎn)鏡在2004至2014年期間捕獲的。他們跟蹤了十年來這一天體的運行，發(fā)現(xiàn)它似乎正在逐漸脫離原有的運行系統(tǒng)，且軌跡因此而逐漸拉長。他們還發(fā)現(xiàn)，到2014年，這個天體已經(jīng)淡出了人們的視線。
（圖解：左邊是哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的北落師門星系的圖像；明亮的恒星被一個掩星盤遮住了，這樣就可以在沒有恒星眩光的情況下看到系統(tǒng)的其余部分。右邊是基于一個巨大的小行星碰撞過程中產(chǎn)生正在膨脹和消失的塵埃云的模擬示意圖。圖源：美國航天局/歐洲航天局/亞利桑那大學(xué)A·加斯帕爾和G·瑞克）
加斯帕爾說：“觀測到的情況和該物體行星模型并不完全相同?！币虼?，他和瑞克猜測模擬這是兩顆兩顆直徑都超過200公里（125英里）的大型小行星發(fā)生了壯觀的碰撞，當(dāng)較大的碎片基本上維持原有的軌道運行時，恒星輻射的壓力吹散了較小的塵埃粒子，使這個天體有向外擴散的外觀。
總的來說，行星撞擊行程塵埃云的假說比塵埃籠罩行星的猜想更好地解釋了這一天體的運行軌跡，但兩者之間的差別很小。
運氣，讓天文學(xué)家觀測到北落師門β
卡拉斯說：“安德拉斯·加斯帕爾有一個令人記憶深刻的天體運動模型，模擬了兩顆小行星碰撞會發(fā)生的情景?！钡脖仨氄J(rèn)識到，這種情況的發(fā)生的概率很小，需要一些幸運的巧合。
“目前的天體運行系統(tǒng)中大部分的行星系統(tǒng)都是在4.4億年前完成的，”加斯帕爾這樣解釋他們的行星碰撞假說，“半徑超過100公里的天體，即使在比較年輕的星系中都比較罕見?！?/p>
“但如果這樣的事件很罕見，那么天文學(xué)家剛好捕捉到這一事件發(fā)生的可能性有多大呢？”卡拉斯說，“可能行星碰撞、產(chǎn)生北落師門β塵埃云這一現(xiàn)象，每10萬年只有10年會出現(xiàn)?！笔聦嵣?，加斯帕爾和瑞克計算出，這一碰撞剛好發(fā)生在我們第一次觀察到北落師門β前39天，卡拉斯說：“當(dāng)我把哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)北落師門時，我難道不是世界上最幸運的天文學(xué)家嗎？”
加斯帕爾承認(rèn)：“概率太低，是在發(fā)現(xiàn)北落師門β后最初幾年，行星碰撞產(chǎn)生塵埃云的假說仍不被主流科學(xué)家們承認(rèn)的原因之一?！北M管如此，他認(rèn)為塵埃云能解釋所有觀測到的結(jié)果，“有時候你能幸運地觀察到一個罕見的事件?！?/p>
哈佛大學(xué)和史密森學(xué)會天體物理學(xué)中心的斯科特·肯揚說：“這個模型是可信的，能科學(xué)合理地解釋我們觀測到的結(jié)果。”他過去也提出過類似的想法，但他也承認(rèn)，這個模型的成立需要運氣的加持。
在有些情況下更容易發(fā)生劇烈的碰撞，比如，如果有一個巨大的行星吸引著這個巨環(huán)，也許它們會對柯伊伯帶運行系統(tǒng)中的天體產(chǎn)生影響，增加其發(fā)生碰撞的可能。不過在沒有更多數(shù)據(jù)支撐的情況下，我們很難知道到底情況如何。
我們需要更多的數(shù)據(jù)
卡拉斯說：“塵埃云假說現(xiàn)在依賴于哈勃望遠(yuǎn)鏡七年前的一次觀測。我希望哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在2020-2021年重新觀測北落師門，以驗證塵埃云假說。”
（圖解：老藝術(shù)家對有爭議的系外行星北落師門β創(chuàng)作的概念圖示，一個塵埃環(huán)環(huán)繞著這個星球。這顆行星仍然可能存在，只是它被塵埃所籠罩。圖源：歐空局/哈勃，康梅瑟、卡薩達和克里斯滕森）
“我當(dāng)然不會介意我們的模型被證明是錯誤的，”加斯帕爾說。就他而言，他認(rèn)為塵埃云已經(jīng)消散很多，以至于哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測不到了——但這并不意味著我們就不應(yīng)該去嘗試觀測它，因為即使沒有顯示物體的圖像也能提供給我們更多有用的信息。
同時，他還將利用計劃在2021年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對北落師門星系系統(tǒng)放射的紅外線進行更深入的觀察。他指出：“隨著新的觀測技術(shù)手段的提升和更多相關(guān)數(shù)據(jù)資料的獲得，科學(xué)也不斷深入發(fā)展。”
BY: universe today
FY: 君歸心
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