在这幅图中,一颗小行星(左下角)在强大的LSPMJ+引力作用下破碎,LSPMJ+是已知最古老、最冷的白矮星,周围环绕着一圈尘埃碎片。科学家认为,该系统的红外信号最好用两个不同的环来解释,这两个环由破碎的小行星提供的尘埃组成。
一位与NASA领导的“发现行星九”项目合作的天文学家发现了已知最古老、最寒冷的白矮星—这颗类似太阳的恒星已经死亡—被灰尘和破碎的尘埃包围着。天文学家猜测着可能是一直第一个拥有多个恒星环的白矮星。这颗行星简称lspmJ+或j,它的发现正迫使研究人员重新考虑行星系统的模型,并可以帮助我们了解太阳系的遥远未来。
巴尔的摩空间望远镜科学研究所的天文学家约翰·德布斯说:“这个白矮星太老了,无论什么方式将材料送入环,都必须按年运行。”科学家们为解释白矮星周围的环而创建的大多数模型只能在1亿年左右的时间内正常工作,因此这颗恒星确实在挑战我们对行星系统如何演化的假设。J位于摩羯座,距离我们大约光年。白矮星会随着年龄的增长而慢慢变冷,研究人员计算J的年龄大约为30亿岁,而当时的温度仅为摄氏度。
NASA的广域红外探测计划(WISE)任务捕捉到了强烈的红外信号——用红外光绘制了整个天空——暗示了尘埃的存在,使J成为迄今已知的最古老、最冷的白矮星。以前,尘埃盘和尘埃环只在白矮星周围观察到大约1/3J的年龄。当一个像太阳一样的恒星耗尽燃料时,它会膨胀成一个红巨星,喷射出至少一半的质量,并留下一个非常热的白矮星。在恒星的演变过程中,靠近恒星的行星和小行星被吞没并化为灰烬。
离我们更远的行星和小行星能够存活下来,但随着它们的轨道会因扩张而向外移动。这是因为,当恒星失去质量时,它对周围物体的重力影响就会大大降低。这个场景描述了我们太阳系的未来。大约50亿年后,当太阳成长为红巨星时,水星,金星可能还有地球都会被吞没。在几十万到几百万年的时间里,内太阳系将被擦洗干净,剩下的行星将向外漂移。然而,一些白矮星——在1%到4%之间——显示出红外辐射,表明它们被尘埃盘或光环包围着。
科学家认为,这些尘埃可能来自遥远的小行星和彗星,通过与移位行星之间的引力相互作用,离恒星越近。当这些小天体接近白矮星时,恒星强烈的重力使它们分裂,这个过程叫做潮汐破裂。这些碎片形成了一个尘埃环,会慢慢地盘旋到恒星的表面上。J是通过《发现行星9》这个项目发现的。该项目由马克·库切纳牵头,他是美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的联合作者和天体物理学家,位于马里兰州格林贝尔特,要求志愿者整理WISE的数据,寻找新发现。
梅琳娜·泰韦诺特是德国的合着者和公民科学家,她最初认为红外信号是不好的数据。她正在通过欧空局进行搜索。当她注意到J时,盖亚将褐矮星的档案保存下来,这些天体太大而不是行星,也太小而不能成为恒星。当她查看WISE红外数据中的来源时,发现它太亮了,而且太远了,不可能是褐矮星。泰文特将她的发现传达给了“发现行星9”团队。凯克的观测结果帮助证实了J的记录设置特性。
现在,科学家们只能去琢磨它是如何融入他们的模型的。德布将白矮星系统中的小行星带类似物的数量与沙漏中的沙粒进行了比较。最初,有一个稳定的材料流。行星向白矮星内部投掷小行星被撕裂,保持一个尘埃圆盘。但是随着时间的推移,小行星带就会枯竭,就像沙漏里的沙粒一样。最终,磁盘中的所有物质都会落到白矮星的表面,所以像J这样的老白矮星不太可能有圆盘或环。J的环甚至可以是多个环。
德布和他的同事认为,可能有两个不同的组成部分,一个是在恒星的潮汐分裂小行星和一个更宽的环靠近白矮星的地方。跟随未来的任务,如美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜可能会帮助天文学家梳理环的组成部分。库切纳说“我们建造了后院世界:第9颗行星主要是为了寻找太阳系中的棕矮星和新的行星”。
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