死星周围为何出现两圈气体环？答案可能藏在两颗残存天体里

一颗恒星走到生命尽头，会留下什么？如果它和我们的太阳差不多大，答案通常是一颗白矮星——一颗不再进行核聚变、只靠余热发光的恒星残骸。而围绕它的，往往还有一片由行星残骸组成的碎屑盘。

天文学家最近就盯上了这样一个系统。它围绕一颗白矮星，碎屑盘被分成了两个部分。研究人员认为，这可能是两颗行星级天体在起作用。相关成果以《A double debris disc around a white dwarf sculpted by two planetary bodies》为题，发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）上，第一作者是意大利的里雅斯特大学的天文学家尼古拉·真蒂莱·富西洛（Nicola Gentille Fusillo）。

要理解这件事，得先回到恒星死亡的过程。恒星怎么死，取决于它的质量。只有质量最大的恒星才会以超新星爆发的方式谢幕，用一束积攒已久的光宣告聚变生涯的终结。而像太阳这样中等质量的恒星，结局要温和得多，也漫长得多。

当它耗尽燃料、缓慢失去质量，最终会松开对外层气体的引力束缚。恒星膨胀，外层气体被抛向周围的太空，形成美丽的行星状星云——这个名字是历史遗留，和行星其实没什么关系。星云能维持数万年，之后只剩下一颗煤渣般的白矮星。对它来说，聚变已是遥远的记忆，它只辐射残余的热量。白矮星会以这种状态度过漫长的天文尺度时间，直到冷却成黑矮星——不过宇宙存在的时间还不够长，目前还没有任何一颗黑矮星形成。

这个转变过程还有破坏性的一面。当一颗类似太阳的恒星膨胀着走向白矮星阶段，它会吞没并摧毁内侧的行星。就我们的太阳系而言，水星和金星注定被摧毁，地球几乎也难逃一劫。

天文学家在天空中找到了许多行星状星云，中心由白矮星照亮。有时他们还会发现别的东西：一片由曾经环绕恒星的行星组成的碎屑盘。长期以来，天文学家猜测行星可以从这些碎屑中形成，像是某种奇怪的、第二次机会式的“准生命”。在这些绕行“僵尸恒星”的复活行星上再次孕育生命，可能性极低，但宇宙这么大，谁也说不准。

这次的新发现，关键线索藏在光谱里。研究团队报告了一个编号为 WD J132800.85−145019.95 的新气体盘系统，它的谱线不是常见的双峰，而是四峰。研究人员写道，这些发射线来自两个分离的气体环，分别从 0.14 R☉ 延伸到 0.34 R☉，以及从 0.54 R☉ 延伸到 1.93 R☉。

为什么谱线能说明问题？天文学家靠光的红移和蓝移来探测这类气体盘：朝我们运动的气体蓝移，远离我们的气体红移。在一个旋转的盘里，一侧气体朝我们来，另一侧气体朝我们去，光谱仪上就呈现出双峰。而在这个系统里，两个盘以不同速度旋转，于是出现了四个峰。

研究合著者、英国华威大学天文学家费利佩·拉戈斯-比尔切斯（Felipe Lagos-Vilches）说：“我们在这个系统中看到的结构尤其引人入胜，因为两个气体环非常稳定，并且被一个间隙分隔开来。”

那么，是什么在塑造这个结构？研究人员的推测是两颗小行星级天体，各自在自己的轨道上运行。内侧那颗比小行星大不了多少，直径只有几公里；另一颗则和冥王星差不多大，或者大到接近月球。正是它们的存在，可能让盘中的尘埃通过碰撞汽化成气体，并维持出两个分离的环。

两个环的差异不止速度。它们看起来成分也不同：内环似乎富含镁，外环则缺少镁。研究人员提出，每个盘可能来自一颗被摧毁的成分不同的行星；另一种可能是，两个环来自同一颗行星的不同部位，比如核心和地壳。这些说法都还远未被证实。

更让人困惑的是那两颗类行星天体的性质。内侧那颗必须非常致密，或者具有很高的内部强度，否则在如此靠近白矮星的位置，它会被潮汐力撕碎。作者解释说，如果它缺乏内部强度，“它就需要拥有比任何已知材料都更高的密度，从内边缘的约 3600 g cm⁻³ 到外边缘的约 252 g cm⁻³”。在外盘中，所需的最高密度约为 63 g cm⁻³，是密度最高的系外行星的三倍多。因此研究团队得出结论：任何在盘中幸存的天体，都必须具备一定程度的内部强度。

作者们写道：“这个稳定双盘的探测，为当前碎屑盘形成与演化模型提出了新的挑战。”天文学家知道白矮星周围存在这类气体碎屑盘已有二十年，但它们如何形成、会发展出怎样的结构、长期如何演化，仍未被很好地理解。这个系统的价值，正在于为更精细的物理模型提供了新的观测约束。

它同时也像一面镜子。我们的太阳未来会膨胀，汽化地球和其他内侧行星。数十亿年后，远在人类灭绝之后，这个系统或许就是我们的家园留下的全部痕迹。拉戈斯-比尔切斯说：“这个系统因此提供了一个难得的窗口，让我们看到行星系统的未来——包括像我们这样的系统——可能是什么样子。”

至于那两颗残存天体究竟是什么、两个环到底从何而来，目前还没有定论。可以确定的是，一颗死去的恒星周围，仍可能上演远比想象复杂的结构。