一個(gè)異形星球在一次巨大撞擊中失去了大氣層

藝術(shù)家對附近的HD 17255恒星系統(tǒng)發(fā)生的撞擊的理解（圖源：麻省理工大學(xué)Mark A. Garlick）

一項(xiàng)研究表明，天文學(xué)家可能第一次探測到遙遠(yuǎn)行星部分大氣層因巨大撞擊而逸散的證據(jù)。

科學(xué)家們認(rèn)為新生的行星系統(tǒng)通常要在“嬰兒行星”的創(chuàng)造期經(jīng)歷巨大的“生長之痛”——即所謂的“原行星”。它們砰地撞到一起，融合在一起并逐步形成更大的行星。

“我們自己的太陽系就有巨大撞擊的充足證據(jù)?！痹擁?xiàng)研究的第一作者、麻省理工大學(xué)的天文學(xué)家Tajana Schneiderman這樣說。

比如，先前的研究表明地球和月球就是早期太陽系內(nèi)發(fā)生的這種巨大撞擊的產(chǎn)物。然而，“盡管如此，依然沒有很多觀測證據(jù)證明別處的巨大撞擊?！盨chneiderman補(bǔ)充道。

現(xiàn)在，Schneiderman和他的同事發(fā)現(xiàn)了地外約95光年遠(yuǎn)的巨大行星猛烈撞擊的跡象。他們提到，孔雀座內(nèi)年齡約2300萬的恒星HD 172555所發(fā)生的星際撞擊可能會將一部分大氣層從那個(gè)世界上吹走。

“我們首次探測到了被剝離的大氣。”Schneiderman說。

恒星HD 172555曾由于其四周環(huán)繞的不尋常的天然灰塵吸引過許多科學(xué)家的注意。先前的研究發(fā)現(xiàn)，這些星塵有更細(xì)微的顆粒，比天文學(xué)家所預(yù)測的環(huán)繞恒星的典型碎屑盤還要更小。這些塵土中也含有大量非同尋常的礦產(chǎn)，比如黑曜石和黑玻璃隕石——這些礦產(chǎn)都需要高溫條件才能形成。之前的研究也給出一種可能的解釋：這些灰塵是由兩顆恒星碰撞形成的——在這場碰撞中，恒星的速度能達(dá)到22000邁（英里/小時(shí)），即36000km/h。

在新的研究中，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，恒星周圍環(huán)繞的氣體或許能揭示恒星的歷史。他們分析了智利阿塔卡瑪大型毫米波天線陣（ALMA）傳回的數(shù)據(jù)，主要關(guān)注是否有一氧化碳存在的跡象。

“當(dāng)人們想研究碎屑盤中的氣體成分時(shí)，一氧化碳通常是最顯眼的，因此它也是最早被探測到的，”Schneiderman在一項(xiàng)報(bào)告中這樣說，“所以我們再次看向HD 172555的一氧化碳數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@的確是一個(gè)有趣的恒星系統(tǒng)。”

科學(xué)家們有能力探測恒星周圍的一氧化碳。當(dāng)他們測量一氧化碳的含量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)HD 172555周圍的氣體含量與金星那地獄般的大氣中所含一氧化碳的20%是相等的。他們也發(fā)現(xiàn)大量的一氧化碳出人意料地在近距離內(nèi)環(huán)繞著恒星——大約7.5個(gè)天文單位（AU），也就是日地平均距離的7.5倍。

在距離恒星如此之近的地方有一氧化碳的蹤跡，這是一個(gè)謎題，因?yàn)榉肿油ǔＴ诠庵码x解的作用下會變得十分脆弱。光致離解就是光子（或者說是光的粒子）分解并破壞化學(xué)物質(zhì)的過程。一般情況下，恒星周圍基本沒有一氧化碳，這讓研究者們不得不提出多種設(shè)想并分析，來解釋HD 172555周圍一氧化碳的存在。

科學(xué)家們迅速排除了一種預(yù)測——超新星遺跡中一氧化碳含量上升。先前的研究表明一氧化碳幾乎不能持續(xù)存在超過恒星生命周期的第一個(gè)300萬年之久，這比HD 172555兩千三百萬年的年齡短得多。

研究者們查證了另一種預(yù)測——一氧化碳由許多闖入遙遠(yuǎn)小行星帶的冰彗星釋放，這些小行星帶類似于太陽系的柯伊伯帶。此時(shí)他們發(fā)現(xiàn)，這種預(yù)測不能解釋星塵中礦物質(zhì)的來源。

天文學(xué)家認(rèn)為能解釋所有數(shù)據(jù)的最佳預(yù)測是兩顆原行星的巨大撞擊——“更大的前身天體、更小的碰撞物”，Schneiderman說，“能量是巨大的——這次撞擊會導(dǎo)致部分‘軀體’熔化，所以一些物質(zhì)很可能原地不動，而另一些物質(zhì)會被甩出前身天體?！?/p>

“現(xiàn)在我們來說說大氣層。一些大氣會被撞擊固態(tài)天體的那些碰撞物推出，當(dāng)震動波穿越大氣層時(shí)，另一部分大氣會從行星的剩余部分中被推出，還有一部分大氣可能會在更長的時(shí)間周期內(nèi)被剝除，”Schneiderman補(bǔ)充道，“這場撞擊會給大氣層傳遞能量，這會導(dǎo)致大氣層受熱增溫。大氣一旦被加熱，就更容易逸散了?！?/p>

Schneiderman說，在如HD 172555一樣年輕的行星系統(tǒng)中，天文學(xué)家們期待巨大撞擊，這是很平常的。當(dāng)提到那些能解釋恒星周邊檢測到一氧化碳這一結(jié)果的巨大碰撞時(shí)，她特別指出時(shí)間尺度、行星年齡和對形成與塑造恒星周邊礦物質(zhì)的約束條件起了重要作用。

“一場巨大碰撞是對系統(tǒng)特征的最佳解釋?！盨chneiderman這樣說。

最近，研究者們估計(jì)，一氧化碳來自至少20萬歲的巨大行星，對于恒星來說，20萬年的時(shí)間太短以至于不能完全摧毀大氣。由于氣體如此之多，他們認(rèn)為這次碰撞發(fā)生在兩個(gè)巨大天體之間，很有可能是兩個(gè)大小與地球相似的原行星。

“我認(rèn)為一個(gè)真正具有批判性的暗示是：在巨大撞擊的余波中被釋放的氣體會持續(xù)停留很長時(shí)間，這會影響系統(tǒng)長期演化的方式?！盨chneiderman稱，“用當(dāng)前的ALMA望遠(yuǎn)鏡配置額外觀測這一系統(tǒng)會是一件很令人興奮的事情——ALMA望遠(yuǎn)鏡配置已于2012年升級并測試，這會使我們理解該系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)。”

此外，“我認(rèn)為看一看其他年輕的系統(tǒng)也是很有價(jià)值的，”Schneiderman說，“此系統(tǒng)中探測到一氧化碳表明一氧化碳可能比星塵更加明亮，所以要探尋一氧化碳過去的影響可能會比星塵更具可觀測性。我覺得把一氧化碳?xì)怏w作為目標(biāo)可能會給我們提供一個(gè)機(jī)會，使我們更整體地理解已出現(xiàn)的巨大撞擊的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)?！?/p>

BY: Charles Q. Choi

FY:北斗星zj

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