围绕一颗遥远恒星运行的一个被摧毁的行星系统中,保留着一颗巨大小行星的遗迹,这颗小行星可能曾经被水淹没。这一发现为行星如何变得适宜居住提供了有趣的线索,也可能让人不安地窥探到我们自己的太阳系未来可能会变成什么样子。
这个系统距离我们170光年,围绕着一颗名为GD 61的恒星运行,这颗恒星正接近生命的尽头。它是一颗白矮星——恒星耗尽核聚变燃料并将外层气体抛入太空后留下的致密残骸。这些恒星最初的大小与太阳大致相同,最终浓缩成一个地球大小的球体。
天文学家对GD 61进行了一些行星法医学研究。GD 61周围环绕着瓦砾——这是一颗围绕恒星运行的大型小行星的残骸,这颗小行星似乎被踢入了一个近距离轨道,在那里白矮星强大的引力将其撕成了碎片。一些小行星的残骸现在散落在恒星表面,在白矮星的光线中显示出化学特征。
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研究人员使用哈勃太空望远镜的宇宙起源光谱仪观测了GD 61,并将其光线分解成组成颜色,揭示了其中包含的化学物质。他们发现了镁、铁、硅和其他重元素,这些元素不会自然存在于白矮星表面,表明它们是从一个轨道物体上落到恒星上的。研究人员还发现了大量的氧——他们说,这个量表明污染恒星表面的小行星最初由26%的水组成。这非常湿润——相比之下,地球只有0.02%的水。“这项工作标志着首次探测到外小行星中富含水的岩石,并且是全面了解系外行星系统的重要一步,”科罗拉多大学博尔德分校的凯文·弗朗斯说,他没有参与这项研究。
这一发现可能意义重大,因为理论家认为地球形成时离太阳太近,水无法生存,所以地球的海洋来自很久以前撞击地球的此类大型潮湿小行星。“我们找到了与可能为地球带来海洋的同类天体,并且我们在另一颗恒星周围发现了它,”英国剑桥大学的研究负责人杰伊·法里希说。他说,这一发现是在寻找宜居世界,甚至可能是地球以外的生命方面迈出的一步。“这超越了宜居带中的行星。我们有一些实际的化学成分告诉你,宜居行星的成分就在那里。”
然而,一些专家并不相信在白矮星表面发现的氧气清楚地表明轨道小行星上存在水。“将白矮星的污染与早期行星系统中水的库存联系起来,仍然是一个非常有趣的科学问题,仍在调查中,”哈佛大学和德国马克斯·普朗克天文研究所的系外行星研究员丽莎·卡尔特内格说,她没有参与这项研究。法国马赛天体物理实验室的另一位系外行星专家克莱尔·穆图也同意。“我认为这篇论文的分析/结论是合理的,就存在于H2O分子中的氧气量而言。对这种水含量的起源的解释更具推测性。”
该项目的科学家在10月11日出版的科学杂志上详细介绍了该项目,他们说他们费尽心思地验证他们看到的化学物质确实证明了被摧毁的小行星含有水。他们通过包括美国宇航局斯皮策太空望远镜和夏威夷 W. M. 凯克天文台的两台仪器,以及哈勃望远镜在内的许多望远镜,在许多波长下观测了恒星GD 61。“作者似乎认真地编目了这些元素,并寻找理由来解释过量的氧气,”巴尔的摩太空望远镜科学研究所的碎片盘专家约翰·德贝斯说。“除了氧气之外,氢气的探测是水的一个非常有说服力的特征。” 马萨诸塞理工学院的系外行星研究员布莱斯-奥利维尔·德莫里补充说,这一发现揭示了行星如何形成和演化,他也未参与这项研究。“这是一个惊人的结果,它加强了这样一个事实,即在非常多样的环境中都可以找到水。”
水只是这个系统谜团之一。科学家们不确定GD 61是否曾经或现在拥有行星,但他们说,一颗巨大的行星很可能将小行星推向了白矮星附近的厄运。他们无法判断沉积在恒星上的碎屑的小行星有多大——根据白矮星大气层中的污染量,研究人员估计这颗小行星至少有90公里宽,但可能更大。这将使其归类为次行星,类似于我们太阳系中的谷神星和灶神星,它们也被认为在其岩石地壳下以埋藏冰的形式储存着大量的水。
GD 61周围的行星墓地可能是太阳及其行星在遥远未来会变成什么样的景象。太阳,就像银河系中98%的恒星一样,最终也会变成一颗白矮星,其强大的引力可能会剥离地球和其他内行星的重元素。这不是一幅美丽的图景,但正如法里希所说,“我们有五十亿年的时间来解决这个问题。”