有小行星在北落师门附近干杯了？不止一次？

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原作：Jan Hattenbach

翻译：吕梓欣

校译：张国双

编排：关关

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/did-asteroids-collide-near-fomalhaut-again/

这颗年轻的近邻恒星可能正在其行星系统形成过程中经历反复的剧烈碰撞。

这张合成图像由哈勃太空望远镜拍摄而成，展示了围绕在北落师门恒星周围的碎屑环以及尘埃云cs1和cs2。为了方便比较，将2012年拍摄的尘埃云cs1和2023年拍摄的尘埃云cs2一同呈现。图中用虚线圈出了这些尘埃云的位置。当尘埃云cs2突然出现时，天文学家们很快就意识到他们见证了两个巨大天体的剧烈碰撞。先前被认为是一颗行星的cs1，现在被归为类似的碎屑云。为了方便观察更暗的特征，这张图片中的北落师门被遮挡了起来，其位置用白色五角星标注。

图源：美国航天局 / 欧洲空间局 / 保罗·卡拉斯（Paul Kalas，加州大学伯克利分校）；图片处理：Joseph DePasquale（空间望远镜研究所）

2014年和2023年间的某一时刻，在明亮恒星北落师门周围，疑似有两颗太空岩块发生碰撞：哈勃太空望远镜拍摄的图像在距离该恒星约130个天文单位（au）的地方捕捉到了一个亮点，此前该位置并无此亮点。一年后，2024年9月，该亮点的位置发生了变化，这一变化排除了背景干扰的可能性。“这无疑是我第一次在系外行星系统中看到一个光点凭空出现。”加州大学伯克利分校的保罗·卡拉斯（Paul Kalas）说道，“在此之前的所有哈勃图像中都没有这个光点，这意味着我们目睹了两个巨大天体的剧烈碰撞，并产生了一个巨大的碎屑云。”

研究人员推测，形成这片云团的天体尺寸小于100米（约330英尺），且云团自身将在几年内消散。而卡拉斯及其团队，恰好把握住了观测该天体系统的最佳时机。这并非完全是巧合：这些天文学家当时正在寻找他们二十年前发现的一个云团，起初还将其误认作一颗行星。

北落师门是南鱼座中最明亮的恒星，距离我们仅有25光年，足以让我们展开详细研究。该恒星的年龄也只有4.4亿年，还不到太阳的9%。太阳系处于这一年龄阶段时，小行星之间的碰撞极为频繁。这些早期撞击所造成的后果至今仍能从月球表面的陨石坑中看到。

2005年，卡拉斯和同样来自伯克利的詹姆斯·格雷厄姆（James Graham），以及来自马里兰州戈达德航天中心的马克·克拉普林（Mark Clampin），首次对这颗恒星的幼年行星系统进行了成像。他们发现北落师门周围有一条宽达25个天文单位的尘埃带。这一尘埃带存在轻微偏移，且内边缘轮廓清晰，这让科学家推测，至少有一颗“守护”行星正在塑造这个星盘，就像土星的卫星维持着那条著名的土星环一样。随后，2004年至2006年期间拍摄的哈勃图像显示，在这条尘埃带内有一颗围绕着恒星运行的点状光源。它被称为北落师门b，当时它被认定为首颗人类通过恒星光反射效应探测到的系外行星。

然而，在后续拍摄的图像中，那个光点略微向外偏移，远离了北落师门。同时，它的大小在不断扩大，亮度却在逐渐减弱。2014年，北落师门b的存在引发了争议。一些天文学家认为，该天体可能是一颗被尘埃包围的、正在形成的系外行星；而另一些人则主张，它实际是由两个大型星子相撞形成的膨胀碎屑云 —— 星子即演化中的行星系统内的大型小行星。。

起初，后一种观点似乎可信度不高：人们认为这种规模的碰撞每隔几十万年才会发生一次。但在2020年，来自亚利桑那大学的安德烈斯·加斯帕尔（András Gáspár）和乔治·里克（George Rieke）称这种碰撞假说能够解释所有的观测证据。

因此，2023年，距上次观测时隔九年，卡拉斯及其团队利用哈勃望远镜观测这颗恒星时，第一时间寻找北落师门b的遗迹，也就是他们现在所说的“北落师门星周源1”（简称为北落师门cs1）。但是，他们一无所获，这进一步证明了该光源是一个尘埃云。但令他们惊讶的是，在距离20年前观测到北落师门cs1的位置1.23角秒（相当于23.4个天文单位）的地方，出现了另一个光点，他们将其命名为cs2，它的亮度似乎是2005年的北落师门cs1的两倍还多。

卡拉斯说：“北落师门cs2看起来就像是一颗反射着恒星光的太阳系外行星。”这一次，由于之前的观测图像中该位置并无任何可见天体，天文学家们没有被这种现象所迷惑：“从对cs1的研究中我们了解到，一大片尘埃云可以伪装成一颗行星长达数年。”

“在2020年，我们证明[cs1]可能是源自该星系中一次大型星子的碰撞，但这一结论遭到了业内学者的质疑。”加斯帕尔并非是卡拉斯团队成员，但他表示，“我很高兴看到此前关于北落师门b的推论得到证实。这表明在北落师门周围，发生此类事件的频率可能比之前认为的要高。”

事实上，在2022年，加斯帕尔、里克及其团队利用詹姆斯·韦伯空间望远镜所拍摄的高分辨率图像，在现有的尘埃环内部发现了另一条尘埃带。他们提出，cs1可能就出自这条尘埃带，并认为该区域碰撞频率更高。

加斯帕尔的团队还发现了另一团疑似碎屑云，这或许是更大规模碰撞的产物。“我们利用詹姆斯·韦伯空间望远镜/中红外仪对内盘进行了成像，而此次最新的观测结果也表明，北落师门系统实际上在动力学层面非常活跃。”加斯帕尔补充道。

如果这两次大规模碰撞之间的时间间隔为数十年而非数十万年的话，那么在北落师门的生命周期中，类似的事件可能已经发生了数百万次。

加州理工学院喷气推进实验室的研究员埃里克·马马杰克（Eric Mamajek）（非卡斯拉研究团队成员）表示，北落师门可能正在经历比我们太阳系数十亿年前更为剧烈的演化阶段。“人们有时似乎会忽略：北落师门是一个由两颗遥远的低质量的恒星组成的三重星系。”这两颗恒星被称为南鱼座TW和LP 876-10，或北落师门B和北落师门C，它们的质量都远低于1.9个太阳质量的北落师门。它们的运行轨道非常广阔，只有通过它们相同的运动和相似的年龄才能认出它们是北落师门的伴星。尤其是LP 876-10，它位于水瓶座附近，距离北落师门非常遥远。

然而，马马杰克认为，尽管这些天体质量较小且距离较远，但它们有时仍可能靠近主星，从而严重扰乱其周围的尘埃带。“这个星系的动态演变可能会波及围绕这些恒星运行的行星体，并对这些行星体造成大量破坏。”他补充道，“北落师门可能正处于内部剧烈碰撞的阶段。”

卡拉斯及其团队将继续监测cs2，以观察其在未来几年内的变化，并借此探究太阳系的演变史。

责任编辑：DAIKIN

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LDN 1622: Dark Nebula in Orion
Image Credit & Copyright: Chris Fellows

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