在距离地球约25光年的南鱼座,有一颗被称为“北落师门”(Fomalhaut)的恒星,其质量约为太阳的1.92倍,半径约为太阳的1.84倍,视星等约为1.12等,在地球的夜空中,我们仅凭肉眼就可以看到它。

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与太阳相比,“北落师门”还非常年轻,其年龄只有大约4.4亿年,周围还存在着恒星演化早期的星周盘结构,2008年,科学家在哈勃望远镜获取到的可见光直接成像数据中发现,在其星周盘的内侧边缘区域,存在着一个缓慢移动的光点。

进一步研究表明,这个光点与“北落师门”具有共同自行(即它们的视运动方向和速度基本一致),这排除了它是背景天体的可能,所以科学家据此认为,这个光点应该是“北落师门”的一颗行星,并将其命名为“北落师门b”(Fomalhaut b)。

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根据科学家当时的估算,以“北落师门b”的亮度来看,它应该是一颗巨大的气态巨行星,其质量最高可达木星的3倍。

在那个时候,这被视为一个重大发现,因为在此之前,我们从未在可见光波段直接观测到系外行星。然而随着时间的推移,“北落师门b”却出现了神秘的变化。

观测数据显示,它并没有沿着预期的行星轨道运行,它发出的光芒也在逐渐扩散并变得模糊,其亮度还一直在降低,最终彻底从视野中消失。

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一颗巨大的行星,怎么可能就这样消失了呢?对此,科学家当然非常感兴趣,在接下来的日子里,相关的研究也一直在进行。根据一项近日发表在《科学》上的新研究,“北落师门b”神秘消失之谜,现在终于有了答案。

根据介绍,此次研究原本的目的,其实是将近几年来的观测数据,与在此之前的观测数据进行大量的比对和分析,试图从中找到关于“北落师门b”消失的线索,而在研究过程中,科学家意外发现了另一个光点。

观测数据表明,这个新的光点是在2023年“突然出现”的,它的特征与当年的“北落师门b”非常相似,同样是与“北落师门”具有共同自行,并且也没有沿着理论上的行星轨道运行。

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(↑图中的cs1代表“北落师门b”在2012年的位置,cs2代表此次研究新发现的光点在2023年的位置)

难道说,这是“北落师门b”在消失多年之后又再次出现了?答案是否定的,因为从“北落师门”的星周盘的动力学特征来看,在2023年的时候,“北落师门b”根本不可能出现在这个位置上。

既然如此,那这个新的光点到底是什么呢?在对大量的观测数据进行仔细研究之后,科学家给出的结论是,此前发现的“北落师门b”,和此次发现的这个新光点,其都是巨大的尘埃云,它们都源自两颗直径数百公里级别的“星子”(Planetesimals)之间发生的猛烈撞击。

简单来讲,所谓“星子”,就是指在年轻恒星周围的星周盘结构中,由尘埃颗粒通过不断相互吸积逐渐长大形成的固体天体,其直径通常在几公里至几百公里之间。

“星子”被认为是行星的“胚胎”,它们可能在随后的演化过程中通过碰撞和吸积形成完整的行星,但如果“星子”之间相对速度过大,就可能会在猛烈的撞击中“粉身碎骨”,形成巨大的尘埃云。

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对于直径仅数百公里的“星子”而言,其反光面积是极为有限的,在25光年外,我们根本看不到,而当这样“星子”被撞碎成巨大的尘埃云之后,其中巨量的尘埃颗粒会使得反光总面积发生指数级暴涨,在中心恒星光芒的照耀下,我们就会看到一个明亮的光点。

科学家表示,由于尖埃云会受到恒星风和光辐射压力的影响,它们就不会沿着理论上的行星轨道运行。

与此同时,尘埃云本身也会不断地扩散,在此过程中,其中的尘埃颗粒密度会不断降低,在我们看来,其发出的光芒就会逐渐扩散并变得模糊,亮度也会持续降低,最终彻底从视野中消失,而这就是“北落师门b”消失的原因。

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至于此次研究新发现的光点,正是“北落师门b”消失事件的一次“重演”(毕竟恒星及其行星系统演化的早期混乱阶段,这样的事情在短期内多次出现也不是不可能),就目前的情况来看,它正处于撞击发生后的早期高亮阶段,可以预期的是,随着时间的流逝,在不太遥远的未来,它同样也会像“北落师门b”一样消失。

参考资料:A second planetesimal collision in the Fomalhaut system,DOI: 10.1126/science.adu6266