坠向恒星_360影视

摘要：行星绕恒星公转的关系并非永恒不变，有时行星也会撞上恒星。恒星吞噬行星的这种现象通常在短时间内结束，因此实际观测到这一过程是非常困难的。在这种情况下，在 “天鹰座”方向上发现了一个亮度增强现象——“ZTF SLRN-2020（ZTF20aazusyv）”，被认为

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主译：甘林

校对：遠山真理

审核：牧夫天文校对组

美编：余家劲

后台：李子琦

原文链接：

行星绕恒星公转的关系并非永恒不变，有时行星也会撞上恒星。恒星吞噬行星的这种现象通常在短时间内结束，因此实际观测到这一过程是非常困难的。在这种情况下，在 “天鹰座”方向上发现了一个亮度增强现象——“ZTF SLRN-2020（ZTF20aazusyv）”，被认为是由于一颗生命即将终结、膨胀的恒星吞噬行星而引发的，因此作为罕见现象的观测案例而备受关注。

※……在部分报导中，ZTF SLRN-2020 被解释为恒星的名称，但实际上这个名字是分配给亮度增强现象的名称，严格来说并不能作为天体名称使用。

【图1：引发 ZTF SLRN-2020 现象的恒星周围环境想象图。（Credit: NASA, ESA, CSA & Ralf Crawford（STScI））】

然而，美国国家科学基金会国家光学红外天文研究实验室（NOIRLab）的Ryan M. Lau等研究团队通过“詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）”进行了详细观测，结果显示，导致ZTF SLRN-2020现象的恒星并非处于寿命末期，而是一颗如太阳般活动稳定的主序星。这是第三次观测到行星撞击稳定活动恒星的情况，而能够如此详细地观测到，则尚属首次。

此外，得益于詹姆斯·韦布太空望远镜卓越的性能，本次还揭示了因碰撞产生的残骸的详细结构。这项研究成果描绘了行星系统可能经历的一种演化情景的细节。

「ZTF SLRN-2020」是由“年老的恒星”和行星的碰撞引起的吗？

地球自大约46亿年前开始围绕太阳公转，预计还将继续运行约50亿年。然而，当太阳逐渐接近生命的终点时，将进入被称为“红巨星”的膨胀阶段，届时人们认为地球最终可能会被太阳吞噬。

恒星吞噬行星的现象在一个行星系统中虽然是罕见的，但从整个宇宙中无数恒星的尺度来看，这种情况有时还是可以被观测到的。在碰撞发生的瞬间，大量能量会被注入恒星，使其在短时间内变得极为明亮。若从遥远的地球上观测，就会看到这个天体突然变亮，呈现出爆发性的发光现象。

【图2：ZTF拍摄的ZTF SLRN-2020在增光前（左）与增光后（右）的对比照片。（来源：IRSA & ZTF / 图像处理：Melina Thévenot）】

2020年5月17日，美国帕洛玛天文台正在进行的全天巡天观测项目“茨威基瞬变设施（ZTF）”在 “天鹰座”方向、约1万2000光年之外，发现了一个新的亮度增强现象。这个现象被命名为“ZTF SLRN-2020”。经详细研究发现，它并不像传统的新星那样发生在白矮星上，而是更类似于由两颗恒星碰撞引起的“高光度红新星（LRN；Luminous Red Nova）”。

然而，由于恒星之间的碰撞产生的新星往往要比这次的事件更亮，因此人们开始认为这可能不是恒星之间的碰撞，而是恒星与行星大小的天体发生了碰撞。尽管现象类似，但由于亮度较暗，这一现象被命名为“准光度红新星（SLRN；Subluminous Red Nova）”。据估计，在银河系中，每年大约会发生0.1个到几个左右这样的现象。

随后，也在美国航空航天局（NASA）广视野红外线探测器（WISE）的延长任务“NEOWISE”中拍摄到了ZTF SLRN-2020中红外线图像，显示该天体大约在1年前就已经是一个在红外线区域明亮的天体。基于这些观测结果的分析，2023年5月，研究人员发布了一个推测结果：ZTF SLRN-2020是由于一颗进入寿命末期、开始膨胀的红巨星吞噬了质量小于木星10倍的行星所引发的现象。

然而，关于恒星进化为红巨星并吞噬木星大小的行星这一情景，也存在异议。根据观测数据推测出的恒星状态，既可以解释为正在演化成红巨星，也可以解释为处于其前阶段、活动稳定的“主序星”。红巨星和主序星在吞噬行星的机制上完全不同，这构成了一个重要的区别，但当时的观测数据无法得出明确结论。

ZTF SLRN-2020的恒星是“现役”恒星。

【图3: 韦布望远镜的中红外观测仪器“MIRI”拍摄的ZTF SLRN-2020（来源：NASA, ESA, CSA, STScI & Ryan M. Lau 等）】

NSF国家光学红外天文研究实验室的Ryan M. Lau等研究团队于2022年9月5日用“詹姆斯·韦布太空望远镜”对ZTF SLRN-2020的进行了观测。韦布太空望远镜与NEOWISE一样是红外线望远镜，但其性能要强大得多。在这次观测中，研究人员使用了近红外线分光仪“NIRSpec”和中红外线观测装置“MIRI”在3至12微米的波长范围内进行了观测。

观测结果令人惊讶。根据观测数据对恒星周围的环境进行建模时，研究人员发现恒星周围存在一个低温的尘埃云（约10℃，约280K），该云包围着恒星，而在其内部则存在一个高温的尘埃和气体盘（约450℃，约720K），这个盘环绕着恒星公转。这一结构的发现对恒星周围环境的理解提供了新的视角。

虽然低温的尘埃云的存在是可以预测的，但高温的尘埃和气体盘的存在却是出乎意料的。此外，虽然该气盘主要由氢组成，但也在其中发现了高浓度的一氧化碳等其他分子。这种成分更接近于行星形成时的原行星盘，而不是恒星的大气层。最重要的是，虽然信号较弱，尚不能确定，但从该盘中发现了可能是“磷化氢（PH₃）”的分子，这一发现具有重大意义。磷化氢通常存在于巨大气体行星的大气中，这表明该气体和尘埃的来源可能与行星有关。

通过准确测量恒星的亮度，研究人员发现，ZTF SLRN-2020的恒星比典型的红色巨星要暗得多，这表明它可能是一颗活动稳定的主序星。从观测数据来看，这颗恒星的质量约为太阳的0.7倍，亮度约为太阳的0.29倍，是一颗相对较小的恒星。可以说，原本被认为是即将“退休”的年老恒星，实际上仍然是一颗活跃的年轻恒星，远未进入其生命周期的末期。

行星是如何被稳定的恒星吞噬的？

【图4: 公转距离恒星极近的行星，其公转轨道最终会收缩（1～2）。当行星与恒星的大气接触时，行星的大气物质如同被削去般，散布到周围。这最终可能形成一个高温的气盘。最后，行星本体坠入恒星时，冲击会导致气体扩散到周围（3）。这被认为形成了低温的气体云（4）。（来源：NASA, ESA, CSA & Ralf Crawford（STScI））】

那么，活动稳定的主序星是如何吞噬行星的呢？如果恒星本身没有发生变化，那么可以推测是行星的公转轨道逐渐收缩，最终接近恒星。这种情况可能更接近于“行星坠入恒星”而非“恒星吞噬行星”。换句话说，行星的轨道衰退使其最终不可避免地掉入恒星的引力范围。

在已经发现的近6000颗系外行星中，有一些行星与恒星的距离极为接近。在恒星与行星之间，距离越近，潮汐力就越强，这会导致行星的公转轨道逐渐缩小。虽然对于ZTF SLRN-2020的行星尚未直接证明，但潮汐力引起的公转轨道缩小是最合理的过程。

数百万年后，行星将接触到恒星外侧的高温大气层，受到阻力作用，轨道的收缩会迅速加速，同时，行星的大气物质像被削去一样被释放到周围。这些物质最终形成了恒星周围的高温尘埃和气体盘。

在最后的瞬间，行星本体与恒星本体发生碰撞，碰撞的冲击导致恒星表面的气体喷发。这一现象被认为与命名为ZTF SLRN-2020的增光现象相对应。扩散的气体在大约一年时间内逐渐冷却并聚集，最终形成了包围恒星周围的低温气体云。

之所以能够预测到这样的过程，是因为韦布太空望远镜进行了详细的观测。此外，能够在最后一刻不被潮汐力摧毁并坠落的行星，可能是像木星这样的低密度行星。

ZTF SLRN-2020是一个宝贵的观测实例，它能够捕捉到行星坠入活动稳定的主序星后的瞬间，并能够研究其细节。像NSF的薇拉·C·鲁宾天文台和南希·格蕾斯·罗曼宇宙望远镜这样的下一代望远镜，有望进一步探测到更多此类现象，并详细记录它们的过程。

责任编辑：甘林

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