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天文学家首次观察到被摧毁的行星的碎片撞击白矮星表面的瞬间

2022-02-14 22:05     来源:nBeta     X射线探测 X射线

华威大学的天文学家首次观察到被摧毁的行星的碎片撞击白矮星表面的瞬间。他们用X射线探测了行星系统在其宿主恒星死亡后留下的岩石和气体物质,因为这些物质在恒星表面碰撞并被消耗掉了。

该结果于2022年2月9日发表在《自然》杂志上,是对岩石物质吸积到白矮星上的首次直接测量,并证实了迄今为止在一千多颗恒星中吸积的数十年间接证据。观察到的事件发生在行星系统形成后的几十亿年里。

大多数恒星,包括像我们太阳这样的恒星,其命运是成为白矮星。在我们的银河系中已经发现了超过30万颗白矮星,而且许多白矮星被认为是在吸积曾经环绕它们的行星和其他天体的残骸。

几十年来,天文学家们利用光学和紫外线波长的光谱学来测量恒星表面的元素丰度,并由此推算出它来自的天体的成分。天文学家有间接的证据表明,这些天体正在积极地吸积,从光谱观测中可以看出,25-50%的白矮星的大气中都有铁、钙、镁等重元素污染。

不过直到现在,天文学家还没有看到这些物质被拉入恒星的过程。

华威大学物理系的Tim Cunningham博士说:“我们终于看到物质真正进入恒星的大气层。这是我们第一次能够得出一个不依赖于白矮星大气层详细模型的吸积率。颇为引人注目的是,它与之前所做的极为吻合。”

“以前,对吸积率的测量使用了光谱学,并依赖于白矮星模型。这些是数字模型,计算一种元素从大气层沉入恒星的速度,并告诉你有多少作为吸积率落入大气层。然后你可以向后推算出一种元素在母体中的含量,无论是行星、月球还是小行星。”

白矮星是一颗已经烧尽其“燃料”并脱落其外层的恒星,在这个过程中可能会摧毁或扰乱任何轨道天体。当来自这些天体的物质以足够高的速度被拉入恒星时,它就会撞向恒星的表面,形成一个被冲击加热的等离子体。这个温度在10万到100万开尔文之间的等离子体,然后在表面沉淀下来,当它冷却的时候,会发射出可以被探测到的X射线。

X射线是由非常快速移动的电子(原子的外壳,构成了我们周围的所有物质)产生的。X射线因其在医学上的应用而广为人知,在天文学中,X射线是黑洞和中子星等奇异天体上物质的关键“指纹”。

探测这些X射线是非常具有挑战性的,因为到达地球的少量X射线可能会在天空中其他明亮的X射线源中消失。因此,天文学家们利用钱德拉X射线天文台,通常用于探测来自黑洞和正在吸积的中子星的X射线,来分析附近的白矮星G29-38。

由于钱德拉的角度分辨率比其他望远镜有所提高,他们可以将目标星与其他X射线源隔离开来,并首次观察到来自一个孤立的白矮星的X射线。它证实了几十年来对物质加入白矮星的观察,这些观察依赖于光谱学的证据。

Cunningham博士补充说:“这个结果真正令人兴奋的是,我们在一个不同的波长,即X射线下工作,这使我们能够探测一个完全不同类型的物理学。”

“这次探测提供了第一个直接证据,证明白矮星目前正在吸积旧行星系统的残余物。以这种方式探测吸积,提供了一种新的技术,我们可以通过它来研究这些系统,提供了对数以千计的已知系外行星系统的可能命运的一瞥,包括我们自己的太阳系。”

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