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四颗白矮星遭遇“类地”外部行星的毁灭活动

沃里克大学 (University of Warwick) 的天体物理学家探明,四颗被来自破损行星体灰尘围绕的白矮星表现出和地球成分惊人的相似性。

英国研究人员使用哈勃太空望远镜进行了迄今为止对白矮星大气的化学成分规模最大的调研,发现围绕在这四颗白矮星周围的灰尘中最常见的元素是氧、镁、铁和硅——这四种元素大约占地球构成元素的 93%。

但更有意思的发现是,这种物质还包含极低比例的碳,这与地球以及轨道离我们的太阳最近的其他岩态行星非常相符。

这是首次在被碎屑污染的白矮星大气中测量到如此低水平的碳含量。这不仅是这些星球现在至少曾摧毁一个岩态行星的明显证据,而且该发现还探明了这些世界消亡的最后阶段。

白矮星的大气由氢和/或氦构成,因此进入其大气的任何重元素都会被向下吸引到它们的星核区域,并在几天之内因白矮星的高重力而消失。因此,天文学家必须确切地观察这些世界消亡的最终阶段,因为该物质以每秒高达 1 百万公里的速度大量地落在这些星体上。

这不仅是这些星体曾拥有岩态行星体(现在已被摧毁)的清晰证据,并且,对一颗特定白矮星 PG0843+516 的观察也可能有助于了解关于这些世界毁灭的历程。

这颗星体之所以脱颖而出,是因为在它的大气中发现的灰尘中,元素铁、镍和硫相对丰富。

在类地球行星的内核中会发现铁和镍,是因为它们在行星形成期间由于重力的牵引而沉入中心,而发现硫是因为它对铁的化学亲和性。

因此,研究人员相信他们正在观测的白矮星 PG0843+516 正在吞噬的来自一个岩态行星内核的物质多到足以承受分化,这类似于分开地球的内核与地幔的过程。

该研究名为《围绕白矮星的外部类地行星碎屑的化学多样性》(The chemical diversity of exo-terrestrial planetary debris around white dwarfs),作者是 B. T. Gänsicke、D. Koester、J. Farihi、J. Girven、S.G.Parsons 和 E. Breedt,皇家天文学会月报 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) 已接受出版。

该项研究由沃里克大学物理系的 Boris Gänsicke 教授领导,他说导致围绕这些遥远白矮星的灰尘碎片的破坏性过程,有一天也可能会在我们的太阳系中发生。

“我们今天看到的这些位于几百光年之外的白矮星,可能正是地球在遥远未来的真实写照。

“由于太阳这样的恒星寿命将尽,当它们内核中的核燃料耗尽时会膨胀成为红巨星。

“几十亿年后,当这一现象发生在我们的太阳系中时,太阳将吞没近日行星水星和金星。

“还不清楚地球在太阳的红巨星阶段是否也被吞没——但即便它能幸存,表面也会变成一片焦土。

“在太阳向一颗白矮星的转化过程中,它将失去大量质量,并且所有行星都将进一步远离。

“这可能会干扰轨道并导致行星体之间的碰撞,就像我们的太阳系在不稳定的早期发生的事件那样。这甚至会粉碎整个类地行星,形成大量小行星,其中有些将拥有类似于行星内核的化学成分。

“在我们的太阳系中,木星将在晚期太阳演化中毫发无损地幸存下来,并分散出新旧小行星,演变成白矮星。

“这是完全符合逻辑的,在 PG0843+516 中,我们看到来自曾经是一颗类地外部行星的内核物质碎片的增长。”

沃里克大学领导团队使用装在哈勃太空望远镜上的宇宙起源光谱仪,调研了位于几百光年范围内的 80 多颗白矮星。

编辑说明

研究论文在 http://arxiv.org/abs/1205.0167 上作为预印本提供。

可提供以下高分辨率艺术插图。这些插图全部由太空艺术家 Mark A. Garlick 为沃里克大学创作,媒体或大学都可免费使用,但须附版权声明如下:“© Mark A. Garlick / space-art.co.uk / University of Warwick”

标题

Mark A. Garlick 的第一张艺术插图

http://www2.warwick.ac.uk/services/communications/medialibrary/images/may2012/colliding_planets_i.jpg

一颗外部行星系的内部区域,四颗类地行星围绕一个类似太阳的星体转动。

Mark A. Garlick 的第二张艺术插图

http://www2.warwick.ac.uk/services/communications/medialibrary/images/may2012/colliding_planets_ii.jpg

寄主星耗尽内核中的氢,膨胀,且其表面变得更冷。它还失去质量,导致行星进一步远离。轨道的扰动可能导致碰撞,产生大量岩石碎屑。

Mark A. Garlick 的第三张艺术插图

http://www2.warwick.ac.uk/services/communications/medialibrary/images/may2012/colliding_planets_iii.jpg

此图描绘的是研究人员正在观察的现象。一个白矮星位于一个行星系的残余物质的中心。小行星大小碎屑由于和剩余行星的交互作用向内破碎并在接近白矮星时如潮水一般破损,形成灰尘碎片,其中一些下落到这个星体上。研究人员发现下落在四颗白矮星上的碎屑成分和类似地球的岩态世界的成分相符。

用一幅合成图像将 Mark A. Garlick 的全部三张艺术插图连续拼合在一起。

详细联系方式

有关详情,请联系:

沃里克大学物理系 Boris Gänsicke 教授

电话:+44 (0)2476 574741 或 boris dot gaensicke at warwick dot ac dot uk

Anna Blackaby,沃里克大学新闻发布官,电话: +44 (0)2476 575910 或 +44 (0) 7785 433155,电子邮箱: a dot blackaby at warwick dot ac dot uk



All images © Mark A. Garlick http://www.space-art.co.uk/

University of Warwick.

The inner region of an exo-planetary system where four terrestrial planets orbit a solar-like star.


The host star is running out of hydrogen in the core, swells up, and its surface becomes cooler. It is also losing mass, which causes the planets to move further out. The perturbation of the orbits may lead to collisions that will generate large amounts of rocky debris


A white dwarf sits in the centre of the remnant of a planetary system.