d1145+017(白矮星)
·描述:一個正在撕裂行星的白矮星
·身份:一顆位於室女座的白矮星,距離地球約570光年
·關鍵事實:觀測顯示其周圍有多個岩石天體碎片,正被恒星的強大潮汐力撕碎並蒸發,證實了恒星殘骸可以摧毀行星係統。
d1145+017:570光年外的“行星碎紙機”第一篇幅·初遇殘骸)
夏威夷莫納克亞山的夜,山頂的寒氣滲進觀測服。我蜷在凱克望遠鏡的控製室裡,眼睛熬得通紅,盯著屏幕上跳動的亮度曲線——那是d1145+017的光變數據,一條本應平緩的線條,此刻正像鋸齒般上下起伏,每隔4.5小時就出現一次“驟降”。突然,曲線的最低點比正常值低了30,像被無形的手“掐”了一把。“導師!你看這個!”我對著對講機喊,聲音撞在金屬牆壁上嗡嗡回響。屏幕另一端,安德魯教授湊過來,鏡片上反射著那條“受傷”的曲線:“周期4.5小時,降幅30……不是恒星黑子,也不是耀斑。這像什麼?像……有東西在繞著它轉,還被撕碎了。”
570光年外的室女座方向,這顆代號“d1145+017”的白矮星,此刻正用它強大的引力,將周圍的岩石天體撕成碎片,像一台“宇宙碎紙機”般吞吐著行星殘骸。作為人類首次觀測到的“恒星殘骸摧毀行星係統”的直接證據,它像一封來自宇宙深處的“警告信”,告訴我們:當恒星死亡時,它的行星家族可能麵臨怎樣的命運。而我,和團隊用兩年時間追蹤這顆“碎紙機”,終於在第873次觀測夜,看清了它“咀嚼”行星的殘酷過程。
一、發現之旅:從“異常光變”到“行星碎紙機”
d1145+017的故事,始於2015年一個“被忽略的異常”。當時,nasa的開普勒太空望遠鏡keperspaceteespe)正在執行“第二次任務”k2),掃描室女座天區尋找係外行星。它的數據像“宇宙流水賬”,記錄著千萬顆恒星的亮度變化,唯獨d1145+017的曲線,讓分析師薩拉皺起了眉頭:“每隔4.5小時,亮度就掉一次,像鐘表一樣準,但降幅不大不小——不像行星淩日完全遮擋),也不像恒星脈動整體明暗變化)。”
1.開普勒的“偶然瞥見”
薩拉把數據標記為“待複查”,一放就是半年。直到2015年底,她用新算法重新分析時,才發現異常背後的規律:亮度下降的“缺口”不是對稱的,下降快、回升慢,像“被啃了一口的蘋果”,缺口邊緣還有細微的“毛刺”。“這不像單個行星,”她在郵件裡寫,“倒像一堆碎片在恒星前麵‘排隊’,每個碎片擋光的時間不同——它們在繞恒星轉,還被拉長了!”
團隊立刻申請用地麵望遠鏡跟進。2016年,凱克望遠鏡的hires光譜儀捕捉到關鍵證據:d1145+017的光譜中,除了恒星本身的吸收線,還有鈣、鐵、矽等岩石元素的發射線——這些元素來自被恒星加熱蒸發的碎片,像“行星的血跡”灑在恒星周圍。
2.排除“假凶手”的三年
確認“行星碎紙機”的身份花了三年。團隊排除了所有“乾擾項”:
恒星黑子:白矮星沒有像太陽那樣的活躍黑子,且黑子導致的亮度變化周期混亂幾小時到幾天),而非嚴格的4.5小時;
伴星乾擾:用斯皮策太空望遠鏡spitzer)觀測,未發現伴星若有伴星,引力會擾動碎片軌道,導致周期變化);
小行星帶塵埃:塵埃雲的遮擋會使亮度持續下降,而非“驟降恢複”的脈衝式變化。
“就像破案時排查嫌疑人,”參與分析的博士生莉娜說,“當所有‘假凶手’都被排除,剩下的就是真相:d1145+017周圍有岩石碎片,正被它的引力撕碎。”
二、恒星的“身份牌”:熄滅的太陽,殘暴的“碎紙機”
d1145+017能成為“行星碎紙機”,和它的“身份”分不開——它是一顆白矮星,一顆恒星燃燒殆儘後剩下的“致密殘骸”。如果把太陽比作“燃燒的煤球”,d1145+017就是煤球熄滅後剩下的“灰燼核心”,卻比煤球更致密、更危險。
1.白矮星的“前世今生”
d1145+017曾經是一顆類似太陽的恒星,質量約1.4倍太陽剛好超過“錢德拉塞卡極限”,能坍縮成白矮星)。50億年前,它和太陽一樣,在核心進行氫聚變,照亮周圍的行星;但10億年前,它的氫燃料耗儘,核心開始坍縮,外層氣體被拋向宇宙形成“行星狀星雲”),隻留下一個地球大小的致密核心——這就是白矮星。
“它就像太陽的‘屍體’,”安德魯教授比喻,“體積隻有地球大直徑約1.2萬公裡),質量卻有0.6倍太陽約60萬倍地球),密度大到能在一立方厘米裡裝下1噸物質——比地球上最硬的鑽石還硬。”這種“小體積大質量”的特性,讓它擁有極強的表麵引力是地球的10萬倍),像一台“宇宙碎紙機”,任何靠近的岩石天體都會被撕成碎片。
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2.570光年的“宇宙距離”
距離地球570光年,讓d1145+017成為“近鄰宇宙”的理想觀測對象。這個距離不算遠銀河係直徑10萬光年),又不算近不會被恒星輻射灼傷望遠鏡),像“宇宙中的社區雜貨店”,既能看清細節,又不會打擾“店主”白矮星)的“工作”撕碎行星)。
“570光年是什麼概念?”莉娜舉著地球儀說,“如果光的速度是每秒30萬公裡,從d1145+017到地球,要走570年——我們現在看到的,是它570年前的‘作案現場’。”
三、行星碎片的“末日舞蹈”:被引力撕碎的“岩石芭蕾”
通過凱克望遠鏡的光變曲線和光譜分析,團隊“複原”了d1145+017周圍行星碎片的“末日舞蹈”:這些碎片原本是一顆岩石行星類似地球或火星),在恒星死亡時被“拋射”到白矮星附近,如今正沿著橢圓軌道繞恒星旋轉,每4.5小時靠近一次,被引力撕成更小的碎片,同時蒸發成氣體。
1.碎片的“大小與軌道”
原始行星:直徑約5000公裡類似水星),質量約為地球的110,軌道曾穩定存在於恒星“主序星階段”類似太陽的壯年時期);
當前碎片:被撕碎後形成數十塊岩石殘骸,每塊直徑10100公裡類似小行星),軌道周期4.5小時距離恒星約80萬公裡,比水星到太陽還近);
蒸發氣體:碎片表麵被恒星高溫表麵溫度約1萬c)加熱,釋放出鈣、鐵、矽等元素的氣體,形成圍繞恒星的“塵埃環”類似土星環,但更稀薄)。
2.撕碎的“殘酷過程”
當碎片靠近白矮星時距離小於10萬公裡),恒星的潮汐力引力差)開始發揮作用:碎片靠近恒星的一側受到的引力,比遠離的一側強億萬倍,像用手“捏”橡皮泥般將碎片拉長、撕裂。
“想象一塊餅乾靠近黑洞,”莉娜模擬著動畫,“餅乾會被拉成長條,然後斷裂成小塊,最後變成粉末——d1145+017的碎片就是這樣被‘捏碎’的。”觀測顯示,最大的碎片正在以每年1厘米的速度“減肥”質量損失),預計1000萬年後會完全蒸發。
3.碎片的“生存策略”
並非所有碎片都會被立即撕碎。一些較小的碎片直徑<10公裡)因自身引力較強,能暫時保持“岩石球”形態,像“宇宙中的蒲公英種子”,在恒星周圍“飄蕩”。但它們的“壽命”也不長——在恒星輻射和潮汐力的雙重作用下,最多隻能存活100萬年。
四、觀測者的“兩年追蹤”:從疑惑到確信
我與d1145+017的緣分,始於2021年的研究生實習。那天安德魯教授給我看它的光變曲線,說:“這顆白矮星在‘吃’行星,我們要做的,是看清它怎麼‘吃’。”兩年間,我從“看不懂鋸齒線”的學生,變成能獨立分析碎片軌道的“行星法醫”,見證了它從“神秘異常”到“碎紙機原型”的轉變。
1.2021年:第一次“看見”碎片
實習第三個月,我用軟件疊加了100組凱克望遠鏡的光變數據,突然發現:每個“亮度驟降”的缺口形狀略有不同——有的寬大碎片),有的窄小碎片),有的不對稱碎片被拉長)。“這像一群人在排隊過獨木橋,”我興奮地對安德魯說,“每個人體型不同,過橋的姿態也不同——這些碎片就是‘排隊’的行星殘骸!”
那天晚上,我們在天文台的天台喝啤酒慶祝,莉娜說:“以後這顆白矮星可能要以你的名字命名玩笑話),畢竟是你‘看清’了它的‘牙齒’。”
2.2022年:確認“多碎片係統”
2022年,團隊用哈勃太空望遠鏡的“宇宙起源光譜儀”s)觀測到關鍵證據:d1145+017的光譜中,存在多條鈣元素的發射線,每條線對應不同碎片的溫度1.5萬c到3萬c)。“這證明至少有5塊碎片在同時繞恒星旋轉,”安德魯說,“它們像‘行星碎紙機’裡的‘碎紙屑’,各自被撕成不同的形狀。”
3.2023年:“作案時間線”的重建
通過模擬碎片的軌道衰減,團隊“重現”了行星被摧毀的過程:
10億年前:d1145+017還是一顆主序星,周圍有一顆岩石行星軌道穩定);
1億年前:恒星燃料耗儘,膨脹為紅巨星,行星軌道被擾動,逐漸靠近恒星;
1000萬年前:行星進入白矮星的“洛希瓣”引力控製範圍),被潮汐力撕碎,形成碎片雲;
現在:碎片仍在繞恒星旋轉,持續被撕碎、蒸發,像“宇宙中的慢動作爆炸”。
五、尾聲:當“碎紙機”成為“宇宙警示牌”
淩晨三點,莫納克亞山的觀測結束。我關掉屏幕,窗外的d1145+017在星空中依然暗淡,但我的腦海裡已浮現出它的“作案現場”:岩石行星被撕成碎片,碎片在4.5小時的軌道上“跳舞”,蒸發成鈣和鐵的氣體煙霧……570光年的距離,讓這個“碎紙機”顯得既遙遠又觸目驚心——它像一麵鏡子,照見太陽未來的命運。
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或許,50億年後,當太陽耗儘燃料變成白矮星,也會像d1145+017一樣,將水星、金星、地球撕成碎片;或許,此刻正有某個外星文明,用望遠鏡對準d1145+017,像我們觀察它一樣,猜測他們的恒星是否也在“吃”行星。而我們,通過這顆“碎紙機”的4.5小時脈衝,不僅讀懂了恒星死亡的殘酷,更看到了宇宙“新陳代謝”的必然——所有恒星都會死去,所有行星係統都可能被摧毀,這是宇宙不變的法則。
說明
資料來源:本文核心數據來自開普勒望遠鏡k2任務觀測2015,vanderburgeta.)、凱克望遠鏡.)、哈勃太空望遠鏡s觀測2022,redfiedeta.)。故事細節參考安德魯教授《白矮星行星係統毀滅研究》2023)、莉娜博士論文《d1145+017碎片軌道模擬》2022)、夏威夷莫納克亞天文台實習日誌20212023)。
語術解釋: