科學家首次看到 行星殘骸的最後時刻

天文學家首次觀測到來自被撕裂行星的碎片撞擊白矮星表面的時刻。圖為2017年2月9日歐洲航天局發布的巨大彗星狀物體墜向白矮星。示意圖。（HO / European Space Agency / NASA / AFP）

天文學家使用X射線首次觀測到來自被撕裂行星的碎片撞擊白矮星表面， 並被白矮星吞噬的過程。 研究結果證實了至今數十年間累積的一千多顆恆星中的間接證據， 也證實了宇宙中的許多奧祕並非肉眼可見。

文•蕭路

英國華威大學（University of Warwick）的天文學家首次觀測到來自被撕裂行星的碎片撞擊白矮星表面的時刻，這是行星殘骸的最後時間。科學家估計這個行星系統已經存在數十億年。

研究團隊使用X射線來探測岩石類和氣態的物質撞擊白矮星並被白矮星吞噬的過程。這些物質是行星系統在其恆星死亡後被毀滅而留下的殘骸。這是對岩石類物質吸積到白矮星上的首次直接測量。

研究結果證實了至今數十年間累積的一千多顆恆星中的間接證據。

包括太陽在內的大多數恆星最終將成為白矮星。在我們的銀河系中已經發現了超過30萬顆白矮星，據信其中許多正在吸積曾經圍繞它們運行的行星和其他物體的碎片。

幾十年來，天文學家一直在使用光學和紫外波長的光譜來測量恆星表面元素的豐度，並從中計算出它的來源。光譜中有間接證據表明，恆星在吸積周圍物質。這些觀測顯示大約25～50％的白矮星含有鐵、鈣、鎂等重元素混雜在它們的大氣中。

不過，直到現在，天文學家還沒有看到岩石類物質被拉入恆星。

華威大學的蒂姆．坎寧安（Tim Cunningham）博士在一份聲明中說：「我們終於看到物質實際上進入了恆星的大氣層。這是我們第一次能夠推導出不依賴於白矮星大氣的詳細模型的吸積率。有意思的是，它與之前的理論非常吻合。」

「以前，吸積率的測量使用了光譜學，並且依賴於白矮星模型。這些是計算元素從大氣中沉入恆星的速度的數值模型，並告訴你有多少是落入大氣的吸積率。然後你可以倒推並計算出原天體中有多少元素，無論這個天體是行星、衛星還是小行星。」坎寧安博士補充說。

白矮星是一顆燃燒完所有燃料並脫落外層物質的恆星，在此過程中可能會干擾或破壞任何圍繞它運行的天體。當來自這些天體的物質以足夠高的速度被拉入恆星時，它會猛烈撞擊恆星的表面，形成被衝擊波加熱的等離子體。

這種等離子的溫度在10萬到100萬開爾文之間，然後沉積在白矮星表面上。當它冷卻時，它會發出可以觀測到的X射線。X射線是比我們肉眼可以看到的光更高能量的輻射。在天文學中，X射線是物質落入黑洞和中子星等奇異天體上的關鍵高能信號。

觀測這些X射線非常具有挑戰性。因此，天文學家利用錢德拉X射線天文臺（Chandra X-ray Observatory）來分析鄰近的白矮星G29-38。

這項新研究也證實了宇宙中的許多奧祕並非肉眼可見，而需要使用其他手段，例如像X射線這樣的高能輻射，才能看到。

坎寧安博士在上述聲明中說：「這個結果真正令人興奮的是，我們正在使用不同的波長，也就是X射線，幫助我們探索完全不同類型的物理機制。這一發現提供了第一個直接證據，表明白矮星目前正在吸積舊行星系統的殘餘物。以這種方式探測吸積提供了一種新技術，我們可以通過它研究這些系統，讓我們一窺數千個已知系外行星系統以及太陽系的命運。」

這項新研究的論文於2022年2月9日發表在《自然》雜誌上。◇