有小行星在北落師門附近干杯了？不止一次？

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原作：Jan Hattenbach

翻譯：呂梓欣

校譯：張國雙

編排：關(guān)關(guān)

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/did-asteroids-collide-near-fomalhaut-again/

這顆年輕的近鄰恒星可能正在其行星系統(tǒng)形成過程中經(jīng)歷反復(fù)的劇烈碰撞。

這張合成圖像由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝而成，展示了圍繞在北落師門恒星周圍的碎屑環(huán)以及塵埃云cs1和cs2。為了方便比較，將2012年拍攝的塵埃云cs1和2023年拍攝的塵埃云cs2一同呈現(xiàn)。圖中用虛線圈出了這些塵埃云的位置。當(dāng)塵埃云cs2突然出現(xiàn)時(shí)，天文學(xué)家們很快就意識(shí)到他們見證了兩個(gè)巨大天體的劇烈碰撞。先前被認(rèn)為是一顆行星的cs1，現(xiàn)在被歸為類似的碎屑云。為了方便觀察更暗的特征，這張圖片中的北落師門被遮擋了起來，其位置用白色五角星標(biāo)注。

圖源：美國航天局 / 歐洲空間局 / 保羅·卡拉斯（Paul Kalas，加州大學(xué)伯克利分校）；圖片處理：Joseph DePasquale（空間望遠(yuǎn)鏡研究所）

2014年和2023年間的某一時(shí)刻，在明亮恒星北落師門周圍，疑似有兩顆太空巖塊發(fā)生碰撞：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像在距離該恒星約130個(gè)天文單位（au）的地方捕捉到了一個(gè)亮點(diǎn)，此前該位置并無此亮點(diǎn)。一年后，2024年9月，該亮點(diǎn)的位置發(fā)生了變化，這一變化排除了背景干擾的可能性。“這無疑是我第一次在系外行星系統(tǒng)中看到一個(gè)光點(diǎn)憑空出現(xiàn)。”加州大學(xué)伯克利分校的保羅·卡拉斯（Paul Kalas）說道，“在此之前的所有哈勃圖像中都沒有這個(gè)光點(diǎn)，這意味著我們目睹了兩個(gè)巨大天體的劇烈碰撞，并產(chǎn)生了一個(gè)巨大的碎屑云。”

研究人員推測，形成這片云團(tuán)的天體尺寸小于100米（約330英尺），且云團(tuán)自身將在幾年內(nèi)消散。而卡拉斯及其團(tuán)隊(duì)，恰好把握住了觀測該天體系統(tǒng)的最佳時(shí)機(jī)。這并非完全是巧合：這些天文學(xué)家當(dāng)時(shí)正在尋找他們二十年前發(fā)現(xiàn)的一個(gè)云團(tuán)，起初還將其誤認(rèn)作一顆行星。

北落師門是南魚座中最明亮的恒星，距離我們僅有25光年，足以讓我們展開詳細(xì)研究。該恒星的年齡也只有4.4億年，還不到太陽的9%。太陽系處于這一年齡階段時(shí)，小行星之間的碰撞極為頻繁。這些早期撞擊所造成的后果至今仍能從月球表面的隕石坑中看到。

2005年，卡拉斯和同樣來自伯克利的詹姆斯·格雷厄姆（James Graham），以及來自馬里蘭州戈達(dá)德航天中心的馬克·克拉普林（Mark Clampin），首次對這顆恒星的幼年行星系統(tǒng)進(jìn)行了成像。他們發(fā)現(xiàn)北落師門周圍有一條寬達(dá)25個(gè)天文單位的塵埃帶。這一塵埃帶存在輕微偏移，且內(nèi)邊緣輪廓清晰，這讓科學(xué)家推測，至少有一顆“守護(hù)”行星正在塑造這個(gè)星盤，就像土星的衛(wèi)星維持著那條著名的土星環(huán)一樣。隨后，2004年至2006年期間拍攝的哈勃圖像顯示，在這條塵埃帶內(nèi)有一顆圍繞著恒星運(yùn)行的點(diǎn)狀光源。它被稱為北落師門b，當(dāng)時(shí)它被認(rèn)定為首顆人類通過恒星光反射效應(yīng)探測到的系外行星。

然而，在后續(xù)拍攝的圖像中，那個(gè)光點(diǎn)略微向外偏移，遠(yuǎn)離了北落師門。同時(shí)，它的大小在不斷擴(kuò)大，亮度卻在逐漸減弱。2014年，北落師門b的存在引發(fā)了爭議。一些天文學(xué)家認(rèn)為，該天體可能是一顆被塵埃包圍的、正在形成的系外行星；而另一些人則主張，它實(shí)際是由兩個(gè)大型星子相撞形成的膨脹碎屑云 —— 星子即演化中的行星系統(tǒng)內(nèi)的大型小行星。。

起初，后一種觀點(diǎn)似乎可信度不高：人們認(rèn)為這種規(guī)模的碰撞每隔幾十萬年才會(huì)發(fā)生一次。但在2020年，來自亞利桑那大學(xué)的安德烈斯·加斯帕爾（András Gáspár）和喬治·里克（George Rieke）稱這種碰撞假說能夠解釋所有的觀測證據(jù)。

因此，2023年，距上次觀測時(shí)隔九年，卡拉斯及其團(tuán)隊(duì)利用哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測這顆恒星時(shí)，第一時(shí)間尋找北落師門b的遺跡，也就是他們現(xiàn)在所說的“北落師門星周源1”（簡稱為北落師門cs1）。但是，他們一無所獲，這進(jìn)一步證明了該光源是一個(gè)塵埃云。但令他們驚訝的是，在距離20年前觀測到北落師門cs1的位置1.23角秒（相當(dāng)于23.4個(gè)天文單位）的地方，出現(xiàn)了另一個(gè)光點(diǎn)，他們將其命名為cs2，它的亮度似乎是2005年的北落師門cs1的兩倍還多。

卡拉斯說：“北落師門cs2看起來就像是一顆反射著恒星光的太陽系外行星。”這一次，由于之前的觀測圖像中該位置并無任何可見天體，天文學(xué)家們沒有被這種現(xiàn)象所迷惑：“從對cs1的研究中我們了解到，一大片塵埃云可以偽裝成一顆行星長達(dá)數(shù)年。”

“在2020年，我們證明[cs1]可能是源自該星系中一次大型星子的碰撞，但這一結(jié)論遭到了業(yè)內(nèi)學(xué)者的質(zhì)疑。”加斯帕爾并非是卡拉斯團(tuán)隊(duì)成員，但他表示，“我很高興看到此前關(guān)于北落師門b的推論得到證實(shí)。這表明在北落師門周圍，發(fā)生此類事件的頻率可能比之前認(rèn)為的要高。”

事實(shí)上，在2022年，加斯帕爾、里克及其團(tuán)隊(duì)利用詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡所拍攝的高分辨率圖像，在現(xiàn)有的塵埃環(huán)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了另一條塵埃帶。他們提出，cs1可能就出自這條塵埃帶，并認(rèn)為該區(qū)域碰撞頻率更高。

加斯帕爾的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了另一團(tuán)疑似碎屑云，這或許是更大規(guī)模碰撞的產(chǎn)物。“我們利用詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡/中紅外儀對內(nèi)盤進(jìn)行了成像，而此次最新的觀測結(jié)果也表明，北落師門系統(tǒng)實(shí)際上在動(dòng)力學(xué)層面非常活躍。”加斯帕爾補(bǔ)充道。

如果這兩次大規(guī)模碰撞之間的時(shí)間間隔為數(shù)十年而非數(shù)十萬年的話，那么在北落師門的生命周期中，類似的事件可能已經(jīng)發(fā)生了數(shù)百萬次。

加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究員埃里克·馬馬杰克（Eric Mamajek）（非卡斯拉研究團(tuán)隊(duì)成員）表示，北落師門可能正在經(jīng)歷比我們太陽系數(shù)十億年前更為劇烈的演化階段。“人們有時(shí)似乎會(huì)忽略：北落師門是一個(gè)由兩顆遙遠(yuǎn)的低質(zhì)量的恒星組成的三重星系。”這兩顆恒星被稱為南魚座TW和LP 876-10，或北落師門B和北落師門C，它們的質(zhì)量都遠(yuǎn)低于1.9個(gè)太陽質(zhì)量的北落師門。它們的運(yùn)行軌道非常廣闊，只有通過它們相同的運(yùn)動(dòng)和相似的年齡才能認(rèn)出它們是北落師門的伴星。尤其是LP 876-10，它位于水瓶座附近，距離北落師門非常遙遠(yuǎn)。

然而，馬馬杰克認(rèn)為，盡管這些天體質(zhì)量較小且距離較遠(yuǎn)，但它們有時(shí)仍可能靠近主星，從而嚴(yán)重?cái)_亂其周圍的塵埃帶。“這個(gè)星系的動(dòng)態(tài)演變可能會(huì)波及圍繞這些恒星運(yùn)行的行星體，并對這些行星體造成大量破壞。”他補(bǔ)充道，“北落師門可能正處于內(nèi)部劇烈碰撞的階段。”

卡拉斯及其團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)監(jiān)測cs2，以觀察其在未來幾年內(nèi)的變化，并借此探究太陽系的演變史。

責(zé)任編輯：DAIKIN

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LDN 1622: Dark Nebula in Orion
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