圍繞一顆遙遠恆星執行的一個被摧毀的行星系統中,保留著一顆巨大小行星的遺蹟,這顆小行星可能曾經被水淹沒。這一發現為行星如何變得適宜居住提供了有趣的線索,也可能讓人不安地窺探到我們自己的太陽系未來可能會變成什麼樣子。
這個系統距離我們170光年,圍繞著一顆名為GD 61的恆星執行,這顆恆星正接近生命的盡頭。它是一顆白矮星——恆星耗盡核聚變燃料並將外層氣體拋入太空後留下的緻密殘骸。這些恆星最初的大小與太陽大致相同,最終濃縮成一個地球大小的球體。
天文學家對GD 61進行了一些行星法醫學研究。GD 61周圍環繞著瓦礫——這是一顆圍繞恆星執行的大型小行星的殘骸,這顆小行星似乎被踢入了一個近距離軌道,在那裡白矮星強大的引力將其撕成了碎片。一些小行星的殘骸現在散落在恆星表面,在白矮星的光線中顯示出化學特徵。
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研究人員使用哈勃太空望遠鏡的宇宙起源光譜儀觀測了GD 61,並將其光線分解成組成顏色,揭示了其中包含的化學物質。他們發現了鎂、鐵、矽和其他重元素,這些元素不會自然存在於白矮星表面,表明它們是從一個軌道物體上落到恆星上的。研究人員還發現了大量的氧——他們說,這個量表明汙染恆星表面的小行星最初由26%的水組成。這非常溼潤——相比之下,地球只有0.02%的水。“這項工作標誌著首次探測到外小行星中富含水的岩石,並且是全面瞭解系外行星系統的重要一步,”科羅拉多大學博爾德分校的凱文·弗朗斯說,他沒有參與這項研究。
這一發現可能意義重大,因為理論家認為地球形成時離太陽太近,水無法生存,所以地球的海洋來自很久以前撞擊地球的此類大型潮溼小行星。“我們找到了與可能為地球帶來海洋的同類天體,並且我們在另一顆恆星周圍發現了它,”英國劍橋大學的研究負責人傑伊·法裡希說。他說,這一發現是在尋找宜居世界,甚至可能是地球以外的生命方面邁出的一步。“這超越了宜居帶中的行星。我們有一些實際的化學成分告訴你,宜居行星的成分就在那裡。”
然而,一些專家並不相信在白矮星表面發現的氧氣清楚地表明軌道小行星上存在水。“將白矮星的汙染與早期行星系統中水的庫存聯絡起來,仍然是一個非常有趣的科學問題,仍在調查中,”哈佛大學和德國馬克斯·普朗克天文研究所的系外行星研究員麗莎·卡爾特內格說,她沒有參與這項研究。法國馬賽天體物理實驗室的另一位系外行星專家克萊爾·穆圖也同意。“我認為這篇論文的分析/結論是合理的,就存在於H2O分子中的氧氣量而言。對這種水含量的起源的解釋更具推測性。”
該專案的科學家在10月11日出版的科學雜誌上詳細介紹了該專案,他們說他們費盡心思地驗證他們看到的化學物質確實證明了被摧毀的小行星含有水。他們透過包括美國宇航局斯皮策太空望遠鏡和夏威夷 W. M. 凱克天文臺的兩臺儀器,以及哈勃望遠鏡在內的許多望遠鏡,在許多波長下觀測了恆星GD 61。“作者似乎認真地編目了這些元素,並尋找理由來解釋過量的氧氣,”巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的碎片盤專家約翰·德貝斯說。“除了氧氣之外,氫氣的探測是水的一個非常有說服力的特徵。” 馬薩諸塞理工學院的系外行星研究員布萊斯-奧利維爾·德莫里補充說,這一發現揭示了行星如何形成和演化,他也未參與這項研究。“這是一個驚人的結果,它加強了這樣一個事實,即在非常多樣的環境中都可以找到水。”
水只是這個系統謎團之一。科學家們不確定GD 61是否曾經或現在擁有行星,但他們說,一顆巨大的行星很可能將小行星推向了白矮星附近的厄運。他們無法判斷沉積在恆星上的碎屑的小行星有多大——根據白矮星大氣層中的汙染量,研究人員估計這顆小行星至少有90公里寬,但可能更大。這將使其歸類為次行星,類似於我們太陽系中的穀神星和灶神星,它們也被認為在其岩石地殼下以埋藏冰的形式儲存著大量的水。
GD 61周圍的行星墓地可能是太陽及其行星在遙遠未來會變成什麼樣的景象。太陽,就像銀河系中98%的恆星一樣,最終也會變成一顆白矮星,其強大的引力可能會剝離地球和其他內行星的重元素。這不是一幅美麗的圖景,但正如法裡希所說,“我們有五十億年的時間來解決這個問題。”