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行星惨剧,被白矮星生吞活剥!

天文学家在白矮星WD 1145+017周围,发现了一颗不断瓦解的小小行星。图片来源:CfA/Mark A. Garlick

利用起死回生的开普勒空间望远镜,也就是被美国航空航天局(NASA)称为K2的任务,科学家发现了强有力的证据,表明一颗小小的岩石星球在绕着一颗白矮星盘旋的过程中正被撕扯得分崩离析。这一发现证实了长久以来关于白矮星的一个理论,即它们有能力瓦解所在的“太阳系”中幸存下来的残余行星。

美国哈佛-史密松天体物理中心的研究生安德鲁·范登堡(Andrew Vanderburg)说,“这是我们第一次见证一颗小小的‘行星’被强大的引力撕碎,被星光气化,并将岩石物质像雨一样撒落到恒星之上。”范登堡是这项研究的主要作者,他们的论文10月21日在线发表在《自然》上。

类似太阳的恒星在老去的时候,先是会膨胀成红巨星,然后逐渐损失大约半数自身的质量,最后缩小到原来大小的大约1/100,也就是跟地球差不多大小。死亡之后残留下来的这颗致密恒星残骸,就被称为白矮星。

这颗正在被摧毁的小小“行星”,大小估计跟太阳系里个头较大的小行星相当,是第一颗证实会凌星一颗白矮星的行星类天体。它绕着一颗名为WD 1145+017的白矮星旋转,每4.5小时就旋转一圈。这么短的轨道周期意味着,它距离那颗白矮星极近,不得不承受白矮星带来的热量和强大的引力。

在K2任务的第一个观测阶段,从2014年5月30日到8月21日,开普勒望远镜对着室女座的一小片天区连续观测,测量了这颗遥远白矮星亮度上的细微变化。当有天体从一颗恒星前面经过,遮挡了一部分星光的时候,那颗恒星的亮度就会略微变暗一些,从而被开普勒望远镜记录下来。星光周期性地出现这样的变暗,就表明存在一个天体在绕着这颗恒星旋转。

K2观测到的白矮星WD 1145+017的光变曲线(黑点和蓝线),与假设中一颗地球大小的行星产生的凌星光变曲线(红线)相比,明显呈现出左右不对称的形状。这意味着,白矮星周围的这颗行星正在瓦解碎裂,并拖出了一条类似彗星的尘埃尾。图片来源:CfA/A. Vanderburg

范登堡领导的一个研究团队,在开普勒的数据中发现了一个不同寻常、却又有一些熟悉的图案。尽管每隔4.5个小时,这颗白矮星的亮度就会出现一次变暗现象,被遮挡多达40%的星光,但这颗小小行星所产生的凌星信号却不像通常的凌星那样,呈现出一个左右对称的U型图案。它所产生的图案左右并不对称,暗示这颗小小行星存在彗星那样的尾巴。这些特征综合起来,表明有一个尘埃碎屑环环绕着这颗白矮星,还表明这可能标志着那颗小小行星正在气化。

除了形状古怪的凌星信号以外,范登堡及其团队还发现了迹象表明,白矮星WD 1145+017的大气被重元素污染了,正如理论预言的那样。

由于引力特别强大,科学家预期白矮星表面的化学成分应该相当纯粹,只由氢和氦这样的轻元素覆盖。数年来,科学家已经发现了证据,表明某些白矮星的大气层被微量的重元素污染,比如钙、硅、镁和铁。科学家一直预期,这些污染的来源可能是被白矮星强大引力撕碎的小行星。

对白矮星WD 1145+017大气化学构成的分析,是借助美国亚利桑那大学的MMT天文台所作的观测完成的。

NASA艾姆斯研究中心及SETI研究所的K2项目科学家费尔戈·马拉利(Fergal Mullally)说,“过去10年来,我们一直推测白矮星会吸收岩石天体的残骸,而这一结果或许就是我们一直在寻找的确凿证据。不过,想要揭开这个系统的演化历史,还有大量工作要做。”(编辑:Steed

参考文献

  1. Nature 526, 546–549 (22 October 2015) |doi:10.1038/nature15527
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发布于2015-10-23, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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