太空死星正在摧毀一顆行星

作者 | 發布日期 2015 年 11 月 01 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 follow us in feedly

電影「星際大戰(Star Wars)」裡的太空要塞「死星(Death Star)」是科幻虛構的世界,但行星毀滅這件事倒是真實存在。美國哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)天文學家 Andrew Vanderburg 等人,偵測到一顆遙遠的白矮星旁有一顆大型岩質天體,正以螺旋狀逐漸向白矮星靠近,逐漸步上毀滅之途。這項發現同時也確認了一個長懸未定的理論:白矮星的重元素污染源究竟從何而來。



Vanderburg 等人的觀測證據來自克卜勒(Kepler)K2 任務觀測資料庫;克卜勒太空望遠鏡同時監測數十萬顆恆星的亮度,從恆星亮度的減少來搜尋可能環繞恆星運行的天體,稱為「凌日法(transit)」。結果他們從中發現一顆白矮星,亮度約每 4.5 小時就會下降一次,由此計算這顆天體距離白矮星僅約 84 萬公里,大約是地球到月球距離的 2 倍多。這是首度發現行星級天體凌白矮星的事件。發現這個天體後,Vanderburg 等人又利用惠爾普天文台(Whipple Observatory)1.2 米望遠鏡和 MINERVA 望遠鏡、MMT 天文台、MEarth-South 望遠鏡與凱克天文台等地面望遠鏡設施來進行追蹤觀測。

綜合所有觀測資料,他們發現有數個物質團塊的訊號,所有團塊繞白矮星的軌道週期都在 4.5~5 小時之間,其中以主凌(main transit)最明顯,會讓白矮星亮度降低 40% 左右。而且這些凌星訊息也呈現彗狀型態。這兩種特徵都顯示白矮星周圍有瀰散的(或說非點狀的)塵埃雲環繞,估算出的塵埃物質總量相當於穀神星;穀神星是矮行星之一,也可說是火星與木星之間的主小行星帶內最大的小行星,直徑約 950 公里,相當於台灣南北長度的 2~3 倍。

這顆白矮星位在室女座方向,距離地球約 570 光年。當一顆類似太陽的恆星演化到生命末期時,會膨脹成紅巨星,然後其最外層大氣逐漸向外擴張,而體積僅相當於地球大小的殘餘熾熱核心,則逐漸演變成白矮星;這顆恆星殘骸最中心處以碳和氧元素為主,外層包覆著薄薄的氫氣與氦氣殼層。然而,天文學家有時候會在一顆白矮星光譜中發現如矽和鐵等更重元素的訊號,這個現象讓天文學家相當困惑,因為按理來說,白矮星的強重力會讓這些重元素很快地沉入內部,因而在表面應該是偵測不到的。

理論學家曾經推測:白矮星若顯示有這些不應出現的重元素,應該是被「污染」的結果,污染源則來自被白矮星摧毀的岩質行星或小行星。然而,天文學家們一直找不到關鍵的觀測證據。有部份被污染的白矮星顯示周圍有塵埃碎屑盤的存在,但不確定這些碎屑盤源自何方。這些系統可以切割成 3 部份:被污染的白矮星、拱星碎屑盤和至少一個以上結實的岩質天體。Vanderburg 等人的觀測結果,正是這個理論推測的鐵證。

不過,關於岩質天體的來源仍是個問題。最可能的版本,就是有顆現存行星環繞白矮星過程中變得不穩定,使它逐漸往中間白矮星旋入。

至於可以確認的是:這些岩質天體不會存在太久。他們會被白矮星強烈的熱與輻射蒸發掉,或是因為太靠近白矮星而被白矮星的潮汐力撕碎。大約在數百萬年後,僅會殘餘薄薄的重元素於白矮星表面。

(本文由 台北天文館 授權轉載) 

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