巨变中的宇宙—行星残骸揭秘死亡恒星系统的命运

萧路

【正见新闻网2019年04月09日】

图:行星残骸的想象图。Credit: University of Warwick/Mark Garlick

据加那利群岛天体物理研究所(Instituto de Astrofísica de Canarias)报道,研究人员发现了一块在恒星爆炸死亡后幸存下来的行星残骸。这是科学家首次利发现固体行星残骸。它揭示了在恒星死亡后恒星系统遭遇的巨变,以及巨变之后恒星系统的命运。

这块残骸富含铁和镍,属于白矮星SDSS J122859.93 + 104032.9的恒星系统,距地球410光年。这块残骸被认为曾经是一个较大行星的核心部分碎片,在恒星死亡后的大灾变中幸免于难。

当类似太阳的恒星即将死亡时,恒星的外层结构会向外膨胀并最终脱离恒星。脱离的外层结构会对恒星系统中的行星及其它物质造成强烈冲击,甚至可以彻底摧毁行星。只有离恒星足够远的行星等物质可能幸免于难,但它们也会在冲击下更加远离恒星。而恒星的核心部分则会演化成一颗高密度的白矮星,随时间逐渐冷却。而白矮星的辐射能量远远不及普通恒星。也就是说,离恒星近的行星会被恒星死亡时的冲击摧毁,而离恒星远的行星则难以获得白矮星的辐射能量。因此,恒星的死亡对其系统中的一切生命,行星和物质都是灭顶之灾。

利用加那利大型望远镜(Gran Telescopio Canarias),科学家们研究了一个环绕白矮星的碎片盘。它由铁,镁,矽和氧等元素组成,和地球上的大多数岩石的组成部分类似。在碎片盘中,科学家发现了一团类似彗星尾巴的气体从一大块固体碎片中流出。天文学家估计,这个固体碎片至少有一公里的大小,但直径可能达到几百公里,与太阳系中已知的最大的小行星相当。

论文的第一作者,物理系研究员Christopher Manser说,“这颗恒星原本大概是两颗太阳质量,但现在的白矮星只有我们太阳质量的70%。它体积非常小,和地球类似。这导致白矮星的密度非常高。”

白矮星的引力非常强,大约是地球的10万倍。因此一般的小行星如果过于接近白矮星,它将被白矮星的引力撕裂。

论文的合作者,物理系教授Boris Gaensicke补充说,“我们发现的行星残骸太靠近白矮星了,按照理论预言它应该已经被引力撕裂。它目前仍然保持完整的唯一可能,就是它本身密度很高。因此我们认为它主要由铁和镍组成。” 他解释说,“它有可能是一块纯铁,也可能是一个富含铁的行星核心的残骸;后者的原始直径至少有几百公里。 ”

这一发现揭示了恒星死亡之后恒星系统的命运。

Christopher Manser说:“随着恒星年龄的增长,它们会变成红巨星,并消灭其行星系统中的大部分行星和物质。比如我们的太阳系在几十亿年以后,太阳将扩大到地球目前的轨道,并将消灭地球,水星和金星。火星及其他地方将继续存在并将远离太阳。”

这项新研究发表于2019年4月5日的《科学》杂志上。

 

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