人类首次通过哈勃望远镜直接捕捉到邻近恒星系统内的天体碰撞现象，不过这一事件仍存在不少未解之谜

12月26日消息，欧洲空间局（ESA）发布公告称，科学家团队利用哈勃空间望远镜对“北落师门”——也就是南鱼座α星（南鱼座中最明亮的恒星）展开观测时，捕捉到了这颗恒星周边发生大型天体撞击的画面。

相关成果已于 12 月 18 日发表在《科学》上，标志着人类首次直接在系外行星系统中观测到大尺度天体碰撞事件。

如前所述，研究团队在观测“北落师门”（Fomalhaut）时，发现其周围出现了此前从未记录过的光点（被认为是大型天体相互撞击后形成的巨大尘埃云）。

“这绝对是我首次在系外行星系统里观测到凭空冒出的光点，”这项研究的主要负责人、来自加州大学伯克利分校的保罗・卡拉什（Paul Kalas）说道，“在我们此前所有的哈勃图像里都找不到它的踪迹，这表明我们刚刚见证了两个庞大天体间的一场猛烈碰撞，以及一片巨大的碎片云——其规模在如今的太阳系中是无可比拟的。真是太神奇了！”

“北落师门”距离地球仅 25 光年，是夜空中最亮的恒星之一，其质量和亮度均超过太阳，并被数个尘埃碎片带环绕。

2008年，科学家借助哈勃望远镜在北落师门的周边发现了一颗候选行星，这一发现让北落师门系统成为首个通过可见光探测到潜在行星的恒星系统。不过最新的研究表明，这个天体并非真正的行星，而是行星胚胎或者小行星发生碰撞后所形成的尘埃云。研究人员因此将它重新命名为“环恒星源1”（cs1）。

科学家在近期哈勃观测中寻找北落师门 b 时，意外地在该恒星周围相似位置发现了第二个光点。他们将这个新天体称为“环恒星源 2”（cs2）。

cs2（艺术概念图） 揭示碰撞星子的谜团

为何这些碰撞形成的碎屑云会在如此相近的位置出现，目前仍是一个谜。

如果小行星和星子之间的碰撞是随机发生的，cs1 和 cs2 则应该出现在不相关的位置。然而，它们现在却均处于北落师门外围碎片盘内沿彼此邻近的区域。

另一个谜团在于事件发生的时间尺度，也就是科学家为何在如此短的时间内目睹了这两次事件。

先前的理论指出，此类碰撞或许每10万年乃至更久才会出现一次。然而如今，我们在仅仅20年里就已经观测到了两次，”卡拉什阐述道，“要是把过去3000年制作成一部影片，并且把每一年浓缩成一个瞬间，不难想象会看到多少回闪光。北落师门的行星系统会因为这些碰撞而持续闪烁。

科学家认为，碰撞是行星系统演化的基础，但这种现象极其罕见且难以研究。

英国剑桥大学的研究合作者马克・怀亚特（Mark Wyatt）表示：“该项目的核心价值在于，它让研究人员得以推算出碰撞天体的尺寸，以及盘中这类天体的数量——这些信息通过其他途径几乎难以获取。依据我们的推算结果，形成 cs1 和 cs2 的行星胚直径大约为 30 公里，而北落师门系统里或许存在约 3 亿个相似的天体。”

怀亚特补充道，“这一系统为研究行星胚在碰撞过程中的行为提供了一个天然实验室，从而帮助我们理解它们的组成方式及其形成机制。”

研究人员同时指出，这类短暂存在的尘埃云，对未来直接成像系外行星的任务提出了警示。由于其反射恒星光的特性，类似 cs1 和 cs2 的尘埃云可能被误认为是真正的行星。

“北落师门 cs2 看起来完全就像一颗能反射星光的系外行星，”卡拉什表示，“我们从对 cs1 的研究里了解到，一大片尘埃云能够在很多年里都伪装成行星的样子。这对于未来那些打算借助反射光来探测系外行星的任务来说，是一个需要警惕的信号。”

展望未来

卡拉什团队已争取到哈勃望远镜的观测时段，计划在未来三年对cs2展开监测，探究它的演化趋势——究竟会逐渐变暗，还是变得更亮？因为cs2距离尘埃带比cs1更近，这团正在膨胀的云气更易与尘埃带中的其他物质发生碰撞。这种碰撞或许会引发系统内尘埃雪崩现象的突然加剧，进而让周边整片区域的亮度有所提升。

“我们将追踪 cs2 的形状、亮度和轨道随时间发生的任何变化，”卡拉什表示，“随着尘埃颗粒被星光压力向外推动，cs2 有可能开始变得更呈椭圆形或彗星状。”

该团队还计划借助詹姆斯・韦布太空望远镜的近红外相机开展对cs2的观测工作。韦伯望远镜的近红外相机具备捕捉颜色信息的能力，而这些信息可以帮助我们了解尘埃云中颗粒的尺寸与成分。不仅如此，它甚至能够判断尘埃云里是否存在水冰。

目前，哈勃与韦布是仅有的具备此类成像能力的天文台。哈勃侧重于可见光波段的观测，韦布则可在红外波段开展观测工作。这些既存在差异又能相互补充的波长，对于开展全面的多光谱研究、更完整地揭示北落师门系统的神秘面纱及其快速演化过程而言，具有至关重要的意义。

这项研究已于 12 月 18 日发表于《科学》。IT之家附论文地址：

https://doi.org/10.1126/science.adu6266