編譯 劉安立

白矮星會(huì)吞噬自己行星的猜測(cè)一直未被證實(shí)。但最近，天文學(xué)家首次觀測(cè)到——

白矮星撕裂行星（想象圖）

某些恒星在死亡后會(huì)變成白矮星。恒星的死亡悸動(dòng)非常猛烈，因此天文學(xué)家推測(cè)白矮星會(huì)吞噬自己的行星系統(tǒng)（其中包含多顆行星），但這種推測(cè)一直沒(méi)有被證實(shí)。最近，天文學(xué)家宣布首次觀測(cè)到白矮星吞噬的對(duì)象不僅有巖石-金屬類(lèi)物質(zhì)，而且包括含冰物質(zhì)。也就是說(shuō)，白矮星的確會(huì)吞食自己的行星。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)研究白矮星的行星系統(tǒng)貢獻(xiàn)卓著

多部望遠(yuǎn)鏡助力

過(guò)去兩年多來(lái)，多個(gè)天文學(xué)團(tuán)隊(duì)一直在分析從附近一顆白矮星——G238-44 上偵測(cè)到的元素，以破解這顆白矮星自身的行星系統(tǒng)之謎。他們研究的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自現(xiàn)已退役的遠(yuǎn)紫外光譜探測(cè)器衛(wèi)星、凱克望遠(yuǎn)鏡和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡等。這些數(shù)據(jù)為天文學(xué)家得出白矮星會(huì)吞噬行星這一結(jié)論提供了重要依據(jù)，并且?guī)椭煳膶W(xué)家認(rèn)識(shí)行星系統(tǒng)演化所具有的狂亂本質(zhì)，以及了解新形成的行星系統(tǒng)的構(gòu)成。

像太陽(yáng)這樣的恒星最終會(huì)拋棄自己的外層，不再通過(guò)核聚變進(jìn)行燃燒，由此剩下的恒星殘余就是白矮星。天文學(xué)家對(duì)G238—44 的大氣層所俘獲的物質(zhì)進(jìn)行了分析。在研究G238—44 的過(guò)程中，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了巖石-金屬類(lèi)物質(zhì)和含冰物質(zhì)都被吸積到白矮星上的情況。通過(guò)探索像G238—44這樣的白矮星，他們希望能倒推依然完整的行星系統(tǒng)的構(gòu)成，以及推測(cè)新形成的行星系統(tǒng)會(huì)怎樣。

“冰水庫(kù)”不特殊

這項(xiàng)新研究之所以激起天文學(xué)界的興趣，也是由于天文學(xué)界普遍認(rèn)為：至少在太陽(yáng)系中，小型含冰天體會(huì)撞擊和“滋潤(rùn)”干燥的巖石行星。一些天文學(xué)家推測(cè)，幾十億年前，彗星和小行星把水帶給了地球，為我們今天所知的生命形成創(chuàng)造了必要的條件。

我們所知的生命離不開(kāi)表面覆蓋碳、氮、氧等元素的巖石行星。而在G238-44表面探查到了大量的這些元素，這就表明了這顆白矮星的行星系統(tǒng)中既有巖石天體也有含冰天體。尤其值得一提的是，雖然天文學(xué)家已經(jīng)研究了數(shù)百顆白矮星，但這還是首次發(fā)現(xiàn)白矮星的行星系統(tǒng)同時(shí)存在這兩類(lèi)天體。

圖中左側(cè)：明亮的白色恒星被小行星環(huán)圍繞。圖中心：彗星、黃色和紅色的氣態(tài)巨行星。最右側(cè)：白色小點(diǎn)代表環(huán)繞G238-44 系統(tǒng)的冰云組成部分。整張示意圖描繪了這顆白矮星行星系統(tǒng)的毀滅情況。這一切的起因是位于圖中的白矮星。行星類(lèi)天體被撕裂后，其碎片墜向白矮星，構(gòu)成了非常模糊的吸積盤(pán)。剩下的小行星和其他行星類(lèi)天體所構(gòu)成的“冰水庫(kù)”環(huán)繞著白矮星。該白矮星系統(tǒng)中可能仍有氣態(tài)巨行星。在更遠(yuǎn)處是一個(gè)含冰天體（例如彗星）帶，它最終也會(huì)淪為白矮星的一部分

白矮星G238-44 及其行星系統(tǒng)（想象圖）

地球之水可能來(lái)自天上（想象圖）

白矮星真夠“狠”

有關(guān)行星系統(tǒng)演化的理論，都把紅巨星和白矮星（像太陽(yáng)這樣的恒星首先會(huì)變成紅巨星，然后變成白矮星）之間的過(guò)渡階段描繪得很狂亂：恒星迅速失去外層，恒星周?chē)行堑能壍来蟠蟾淖?，像小行星和矮行星之?lèi)的小天體可能會(huì)因?yàn)樘拷扌行嵌痪扌行堑囊π?yīng)彈射至恒星。上述新研究不僅證明這些理論是正確的，而且證實(shí)了白矮星的瘋狂程度：在恒星開(kāi)始其白矮星階段后的一億年內(nèi)，白矮星能同時(shí)捕獲并消化源自白矮星系統(tǒng)中類(lèi)似太陽(yáng)系中小行星帶和柯伊伯帶（位于太陽(yáng)系邊緣）的天體。

天文學(xué)家估計(jì)，被G238-44 最終吞沒(méi)的天體總質(zhì)量可能不會(huì)超過(guò)一顆小行星或一顆衛(wèi)星的質(zhì)量。雖然從天文學(xué)上講這個(gè)質(zhì)量并不多，但并不能改變白矮星的“餓鬼”之名。另外，雖然天文學(xué)家得到了G238-44 至少吞沒(méi)了兩顆不同類(lèi)型的天體這一結(jié)論，但他們的依據(jù)并非是直接觀測(cè)。盡管如此，他們依然推測(cè)被G238-44 吞噬的很可能是一顆富含金屬的小行星和一顆類(lèi)似柯伊伯帶天體的天體。

白矮星是恒星殘余（想象圖）

系外行星（想象圖）

科學(xué)家的兩個(gè)推測(cè)

雖然天文學(xué)家已經(jīng)識(shí)別出了超過(guò)5000 顆系外行星（位于太陽(yáng)系以外的行星），但他們對(duì)這些行星的內(nèi)部構(gòu)成了解很少。不過(guò)，白矮星吞食自身行星系統(tǒng)這個(gè)事實(shí)，有助于天文學(xué)家通過(guò)被白矮星“拆解”的行星成分來(lái)還原行星最初形成時(shí)的構(gòu)成。

天文學(xué)家測(cè)量了被G238-44 吞食的元素（包括氮、氧、鎂、硅、鐵等）情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中鐵元素特別多，這證明這顆白矮星的行星系統(tǒng)中存在像地球、金星、火星和水星那樣的類(lèi)地行星（一般來(lái)說(shuō)，只有在類(lèi)地行星上鐵元素才豐富）。另外，被G238-44 吞食的氮元素也很多，天文學(xué)家因此推測(cè)G238-44 的行星系統(tǒng)中存在含冰天體（一般來(lái)說(shuō)，只有在含冰天體上氮元素才多）。與觀測(cè)數(shù)據(jù)最匹配的情形是：在G238-44 行星系統(tǒng)中，水星類(lèi)天體數(shù)量是彗星類(lèi)天體的兩倍。雖然這一比例還有待證實(shí)，但金屬鐵和氮冰的同時(shí)存在都清晰地表明了在G238-44 行星系統(tǒng)中不同的行星類(lèi)天體的形成過(guò)程是多么迥異，而這一點(diǎn)是太陽(yáng)系天體不能比擬的。

潮汐力撕碎行星

當(dāng)類(lèi)太陽(yáng)恒星在其晚年膨脹成紅巨星時(shí)，會(huì)因外層蓬松、丟失物質(zhì)而減少質(zhì)量，其結(jié)果之一是：剩下的大行星的引力效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致小行星、彗星和衛(wèi)星等小天體到處亂撞，導(dǎo)致它們最終進(jìn)入完全偏離其原來(lái)軌道的偏心軌道。

紅巨星失去自己的外層（想象圖）

在紅巨星階段后，白矮星變得非常致密，體積還不如地球大。此時(shí)，失去控制的行星最終會(huì)非?？拷装?，因而被白矮星超強(qiáng)大的潮汐力撕碎，由此形成的星周盤(pán)（由氣體、塵埃、微行星或軌道中圍繞恒星的碰撞碎片等組成的薄餅狀或環(huán)狀堆積物）最終墜落到白矮星表面。

天文學(xué)家已在研究50 億年后太陽(yáng)的終極命運(yùn)。他們推測(cè)，屆時(shí)地球和其他內(nèi)行星將被完全氣化，而小行星帶中許多小行星的軌道將被木星引力擾亂，最終這些小行星會(huì)撞向由太陽(yáng)演變成的白矮星。當(dāng)然，50 億年后的事情距離當(dāng)今太過(guò)遙遠(yuǎn)，我們也不必杞人憂(yōu)天。