这幅插图描绘了两个小行星大小的天体碰撞的结果:围绕一颗年轻恒星的巨大碎片云。NASA的斯皮策号发现一块碎片云挡住了这颗恒星HD 166191,为科学家提供了发生碰撞的细节。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

岩石天体之间的重大碰撞塑造了我们的太阳系。对类似碰撞的观察提供了有关这些事件在其他恒星周围发生频率的线索。

我们太阳系中的大多数岩石行星和卫星,包括地球和月球,都是由太阳系历史早期的大规模碰撞形成或塑造的。通过相互碰撞,岩石天体可以积累更多的物质,增大尺寸,或者它们可以分裂成多个较小的物体。

天文学家使用NASA现已退役的斯皮策太空望远镜,在过去发现了岩石行星正在形成的年轻恒星周围发生此类碰撞的证据。但是,这些观察并没有提供有关碰撞的更多细节,比如所涉及物体的大小。

在天体物理学杂志上的一项新研究中,由亚利桑那大学的凯特·苏领导的一组天文学家报告了首次观测到的由其中一次碰撞产生的碎片云。碎片云在它的恒星前面经过并短暂遮挡了光。天文学家称之为凌日。再加上对恒星大小和亮度的了解,这些观测使研究人员能够在撞击后不久直接确定云团的大小,估计碰撞物体的大小,并观察云团消散的速度。

“目击事件是无可替代的。”亚利桑那大学的乔治·里克是这项新研究的合著者,他说道。 “斯皮策之前报道的所有案件都没有得到解决,只有关于实际事件和碎片云可能是什么样子的理论假设。”

从2015年开始,苏领导的一个团队开始对一颗1000万年前的恒星HD 166191进行常规观测。大约在恒星生命的早期,恒星形成过程中留下的尘埃聚集在一起,形成了一种称为星子的岩石体——未来行星的种子。一旦之前填充这些物体之间空间的气体消散,它们之间灾难性的碰撞就变得很常见。

该团队预计,他们可能会发现HD 166191附近发生碰撞的证据,因此在2015年至2019年期间,他们使用斯皮策望远镜对该系统进行了100多次观测。虽然星子太小,距离太远,望远镜无法分辨,但它们的碰撞会产生大量尘埃。斯皮策探测到了红外光——或比人眼能看到的波长略长的波长。红外线是探测尘埃的理想方法,包括由原行星碰撞产生的碎片。

2018年年中,太空望远镜观测到HD 166191系统变得明显更亮,这表明碎片的产生在增加。在此期间,斯皮策望远镜还探测到一个碎片云挡住了这颗恒星。结合斯皮策对凌日的观测和地面望远镜的观测结果,该团队可以推断出碎片云的大小和形状。

他们的研究表明,云团被拉高了,估计的最小面积是恒星的三倍。然而,斯皮策望远镜所观测到的不断变亮的红外线表明,只有一小部分云团从恒星前方经过,而这一事件产生的碎片覆盖的面积是恒星的数百倍。

要产生这么大的云,主碰撞中的物体必须有矮行星那么大,就像我们太阳系中的灶神星——一个330英里(530公里)宽的天体,位于火星和木星之间的主小行星带。最初的碰撞产生了足够的能量和热量使一些物质汽化。它还引发了第一次碰撞的碎片和系统中其他小物体之间的碰撞连锁反应,这可能产生了斯皮策观测到的大量尘埃。

在接下来的几个月里,巨大的尘埃云体积增大,变得更加透明,这表明尘埃和其他碎片正在迅速扩散到整个年轻的恒星系统中。到2019年,经过恒星前面的云团不再可见,但该系统包含的尘埃是斯皮策观测到云团之前的两倍。这篇论文的作者认为,这些信息可以帮助科学家检验类地行星是如何形成和生长的理论。

“通过观察年轻恒星周围轻恒星周围的尘埃碎片盘,我们基本上可以回顾过去,看看可能塑造了我们自己的太阳系的过程。”苏说。 “了解这些系统中碰撞的结果,我们还可以更好地了解围绕其他恒星形成岩石行星的频率。”

关于斯皮策的更多信息

斯皮策在其生命周期内收集的全部科学数据可通过斯皮策数据档案馆向公众提供,该档案馆位于加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院IPAC红外科学档案馆中。喷气推进实验室是加州理工学院的一个部门,为位于华盛顿的NASA科学任务理事会管理斯皮策号任务。科学操作在加州理工学院IPAC的斯皮策科学中心进行。航天器操作基地设在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁航天公司。

更多关于NASA斯皮策太空望远镜的信息,请访问:

https://www.jpl.nasa.gov/missions/spitzer-space-telescope

https://www.ipac.caltech.edu/project/spitzer

参考来源:
https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-spots-giant-debris-cloud-created-by-clashing-celestial-bodies

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