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。剩下的小行星和其他行星類天體所構(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，恒星周圍行星的軌道大大改變，像小行星和矮行星之類的小天體可能會(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地行星（一般來(lái)說(shuō)，只有在類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，水星類天體數(shù)量是彗星類天體的兩倍。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)非常靠近白矮星，因而被白矮星超強(qiáng)大的潮汐力撕碎，由此形成的星周盤（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)，我們也不必杞人憂天。