一閃一閃亮晶晶，這顆恒星會(huì)變暗的原因是→

變亮又變暗的恒星

2021年，荷蘭萊頓大學(xué)的天文學(xué)家Matthew Kenworthy正在尋找系外行星周圍的環(huán)。他從眾多天文望遠(yuǎn)鏡收集的數(shù)據(jù)中，搜尋那些以不同尋常的方式閃爍或變暗的恒星。在監(jiān)測(cè)天空中的爆炸恒星的ASASN-SN巡天任務(wù)的數(shù)據(jù)中，他捕捉到了一顆在可見(jiàn)光下反復(fù)閃爍的類太陽(yáng)恒星。

這顆距離地球約1800光年的恒星被命名為ASASSN-21qj。在幾個(gè)月的時(shí)間里，它在可見(jiàn)光波段反復(fù)地變暗，又恢復(fù)到原來(lái)的亮度。觀測(cè)到這種亮度會(huì)變暗的恒星并不罕見(jiàn)，這通常被歸因?yàn)橛形镔|(zhì)在這顆恒星和地球之間穿過(guò)。

但是，在Kenworthy于社交網(wǎng)站上發(fā)布了一篇關(guān)于ASASSN-21qj的帖子后，引起了一名業(yè)余天文學(xué)家Arttu Sainio的注意。Sainio指出，在觀測(cè)到ASASSN-21qj的可見(jiàn)光變暗前的約900天左右，這顆恒星的紅外發(fā)射出現(xiàn)了大約4%的上升。

這則信息完全改變了故事的走向。他們產(chǎn)生了一個(gè)疑問(wèn)：這兩個(gè)觀測(cè)結(jié)果是否相關(guān)？如果是的話，那么ASASSN-21qj究竟發(fā)生了什么？

現(xiàn)在，在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，Kenworthy與他的同事給出了一個(gè)可能的答案。他們認(rèn)為，這兩組觀測(cè)結(jié)果都可以用兩顆行星發(fā)生巨大的碰撞來(lái)解釋。

這幅圖顯示了行星碰撞產(chǎn)生的巨大的發(fā)光行星體。碰撞之后，一些冰和巖石的殘骸噴出，然后在地球和圖像背景中的宿主星之間穿過(guò)，（圖/Mark Garlick）

當(dāng)巨大的碰撞發(fā)生之后

巨大的碰撞被認(rèn)為常見(jiàn)于行星形成的最后階段，它們決定了行星的最終大小、組成和熱狀態(tài)，并塑造了這些行星系統(tǒng)中天體的軌道。在我們的太陽(yáng)系中，天王星的奇怪傾斜、水星的高密度以及月球的存在，都被認(rèn)為是由巨大的碰撞造成的。然而，到目前為止，天文學(xué)家?guī)缀鯖](méi)有任何直接證據(jù)能夠證明，銀河系中正在發(fā)生這些巨大的碰撞。

若要用巨大的碰撞來(lái)解釋對(duì)ASASSN-21qj的觀測(cè)結(jié)果，那么在碰撞后的最初幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，碰撞所釋放的能量要多于恒星所釋放的能量。由碰撞產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)過(guò)熱，它們會(huì)熔化，或者蒸發(fā)，或者兩者兼而有之。

此外，這樣的碰撞還可以形成比原有的行星大幾百倍的熾熱發(fā)光物質(zhì)。雖然捕捉到了ASASSN-21qj的紅外光增亮的廣域紅外巡天探測(cè)者（WISE）并沒(méi)有觀測(cè)到這一幕，但這可能是由于WISE每隔300天左右才觀測(cè)一次ASASSN-21qj，因此錯(cuò)過(guò)了這些由碰撞產(chǎn)生的最初的閃光。

不過(guò)，由這種碰撞產(chǎn)生的膨脹的行星體，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能冷卻并縮小到可被我們識(shí)別為新行星的樣子。一開(kāi)始，當(dāng)這樣一個(gè)“碰撞后天體”達(dá)到最大的程度時(shí)，它發(fā)出的光仍然可能有恒星發(fā)出的光的百分之幾那么高。這樣的天體是有可能產(chǎn)生（如觀測(cè)到的）紅外光增亮的現(xiàn)象的。

與此同時(shí)，這樣的碰撞還會(huì)將大量的殘骸噴射到恒星周圍的一系列不同軌道上。這些殘骸中的一小部分會(huì)在碰撞的沖擊下蒸發(fā)，隨后凝結(jié)形成由微小的冰和巖質(zhì)晶體組成的云。隨著時(shí)間的推移，這些團(tuán)塊狀的云團(tuán)中的一些物質(zhì)，會(huì)在ASASSN-21qj和地球之間經(jīng)過(guò)，阻擋一小部分來(lái)自恒星的可見(jiàn)光，導(dǎo)致恒星在觀測(cè)中變暗。

冰質(zhì)巨行星

如果以上解釋被證實(shí)是正確的，那么研究這個(gè)恒星系統(tǒng)就可以為實(shí)時(shí)觀測(cè)新世界的誕生提供一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)，并為了解行星形成的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制打開(kāi)一扇新的窗戶。

即使從目前有限的觀測(cè)中，天文學(xué)家也能了解到一些非常有趣的信息。首先，研究人員認(rèn)為，要釋放出觀測(cè)到的能量，“碰撞后天體”必須是地球大小的幾百倍。要形成這么大的天體，每個(gè)碰撞的行星都必須是地球質(zhì)量的幾倍，就像“冰質(zhì)巨行星”天王星和海王星一樣大。

這兩顆行星可能大小與海王星相似。（圖/NASA /JPL）

第二，研究人員估計(jì)“碰撞后天體”的溫度大約為700°C，對(duì)于這樣的溫度，發(fā)生碰撞的天體就不可能完全由巖石和金屬構(gòu)成，至少有一顆行星的外部區(qū)域必須包含沸點(diǎn)溫度較低的元素，比如水中的元素。

綜合這兩點(diǎn)來(lái)看，天文學(xué)家認(rèn)為這應(yīng)該是兩個(gè)富含冰的、類似海王星的行星之間的碰撞。

而紅外光的增亮與可見(jiàn)光的變暗之間存在時(shí)間上的延遲，意味著碰撞發(fā)生在離恒星很遠(yuǎn)的地方。與天文學(xué)家常在其他恒星周圍觀測(cè)到的許多緊密排列的行星系統(tǒng)相比，這樣一個(gè)有著遠(yuǎn)離恒星的冰質(zhì)巨行星的系統(tǒng)，和我們的太陽(yáng)系更為相似。

最令人興奮的是，天文學(xué)家可以繼續(xù)觀測(cè)這個(gè)系統(tǒng)在接下來(lái)幾十年里的演化，實(shí)時(shí)觀看一顆新行星的誕生，并檢驗(yàn)他們的結(jié)論。未來(lái)，他們將使用韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）等強(qiáng)大的儀器進(jìn)行觀測(cè)，以確定殘骸云中的顆粒的大小和組成，和“碰撞后天體”的上層化學(xué)成分，并跟蹤這些熱殘骸會(huì)如何冷卻下來(lái)。在這個(gè)過(guò)程中，甚至有可能觀測(cè)到新衛(wèi)星的出現(xiàn)。這些觀測(cè)可以為天文學(xué)家提供理論信息，幫助他們理解巨大的碰撞是如何塑造行星系統(tǒng)的。

#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

編譯：不二北斗

排版：雯雯

#參考來(lái)源：

https://theconversation.com/the-afterglow-of-an-explosive-collision-between-giant-planets-may-have-been-detected-in-a-far-off-star-system-215466

https://www.bristol.ac.uk/news/2023/october/exoplanet-collision.html

https://www.sciencenews.org/article/exoplanet-collision-first-afterglow-infrared-light

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Mark Garlick