一個異形星球在一次巨大撞擊中失去了大氣層

藝術家對附近的HD 17255恒星系統發生的撞擊的理解（圖源：麻省理工大學Mark A. Garlick）

一項研究表明，天文學家可能第一次探測到遙遠行星部分大氣層因巨大撞擊而逸散的證據。

科學家們認為新生的行星系統通常要在“嬰兒行星”的創造期經曆巨大的“生長之痛”——即所謂的“原行星”。它們砰地撞到一起，融合在一起并逐步形成更大的行星。

“我們自己的太陽系就有巨大撞擊的充足證據。”該項研究的第一作者、麻省理工大學的天文學家Tajana Schneiderman這樣說。

比如，先前的研究表明地球和月球就是早期太陽系内發生的這種巨大撞擊的産物。然而，“盡管如此，依然沒有很多觀測證據證明别處的巨大撞擊。”Schneiderman補充道。

現在，Schneiderman和他的同事發現了地外約95光年遠的巨大行星猛烈撞擊的迹象。他們提到，孔雀座内年齡約2300萬的恒星HD 172555所發生的星際撞擊可能會将一部分大氣層從那個世界上吹走。

“我們首次探測到了被剝離的大氣。”Schneiderman說。

恒星HD 172555曾由于其四周環繞的不尋常的天然灰塵吸引過許多科學家的注意。先前的研究發現，這些星塵有更細微的顆粒，比天文學家所預測的環繞恒星的典型碎屑盤還要更小。這些塵土中也含有大量非同尋常的礦産，比如黑曜石和黑玻璃隕石——這些礦産都需要高溫條件才能形成。之前的研究也給出一種可能的解釋：這些灰塵是由兩顆恒星碰撞形成的——在這場碰撞中，恒星的速度能達到22000邁（英裡/小時），即36000km/h。

在新的研究中，天文學家們發現，恒星周圍環繞的氣體或許能揭示恒星的曆史。他們分析了智利阿塔卡瑪大型毫米波天線陣（ALMA）傳回的數據，主要關注是否有一氧化碳存在的迹象。

“當人們想研究碎屑盤中的氣體成分時，一氧化碳通常是最顯眼的，因此它也是最早被探測到的，”Schneiderman在一項報告中這樣說，“所以我們再次看向HD 172555的一氧化碳數據，因為這的确是一個有趣的恒星系統。”

科學家們有能力探測恒星周圍的一氧化碳。當他們測量一氧化碳的含量時，他們發現HD 172555周圍的氣體含量與金星那地獄般的大氣中所含一氧化碳的20%是相等的。他們也發現大量的一氧化碳出人意料地在近距離内環繞着恒星——大約7.5個天文單位（AU），也就是日地平均距離的7.5倍。

在距離恒星如此之近的地方有一氧化碳的蹤迹，這是一個謎題，因為分子通常在光緻離解的作用下會變得十分脆弱。光緻離解就是光子（或者說是光的粒子）分解并破壞化學物質的過程。一般情況下，恒星周圍基本沒有一氧化碳，這讓研究者們不得不提出多種設想并分析，來解釋HD 172555周圍一氧化碳的存在。

科學家們迅速排除了一種預測——超新星遺迹中一氧化碳含量上升。先前的研究表明一氧化碳幾乎不能持續存在超過恒星生命周期的第一個300萬年之久，這比HD 172555兩千三百萬年的年齡短得多。

研究者們查證了另一種預測——一氧化碳由許多闖入遙遠小行星帶的冰彗星釋放，這些小行星帶類似于太陽系的柯伊伯帶。此時他們發現，這種預測不能解釋星塵中礦物質的來源。

天文學家認為能解釋所有數據的最佳預測是兩顆原行星的巨大撞擊——“更大的前身天體、更小的碰撞物”，Schneiderman說，“能量是巨大的——這次撞擊會導緻部分‘軀體’熔化，所以一些物質很可能原地不動，而另一些物質會被甩出前身天體。”

“現在我們來說說大氣層。一些大氣會被撞擊固态天體的那些碰撞物推出，當震動波穿越大氣層時，另一部分大氣會從行星的剩餘部分中被推出，還有一部分大氣可能會在更長的時間周期内被剝除，”Schneiderman補充道，“這場撞擊會給大氣層傳遞能量，這會導緻大氣層受熱增溫。大氣一旦被加熱，就更容易逸散了。”

Schneiderman說，在如HD 172555一樣年輕的行星系統中，天文學家們期待巨大撞擊，這是很平常的。當提到那些能解釋恒星周邊檢測到一氧化碳這一結果的巨大碰撞時，她特别指出時間尺度、行星年齡和對形成與塑造恒星周邊礦物質的約束條件起了重要作用。

“一場巨大碰撞是對系統特征的最佳解釋。”Schneiderman這樣說。

最近，研究者們估計，一氧化碳來自至少20萬歲的巨大行星，對于恒星來說，20萬年的時間太短以至于不能完全摧毀大氣。由于氣體如此之多，他們認為這次碰撞發生在兩個巨大天體之間，很有可能是兩個大小與地球相似的原行星。

“我認為一個真正具有批判性的暗示是：在巨大撞擊的餘波中被釋放的氣體會持續停留很長時間，這會影響系統長期演化的方式。”Schneiderman稱，“用當前的ALMA望遠鏡配置額外觀測這一系統會是一件很令人興奮的事情——ALMA望遠鏡配置已于2012年升級并測試，這會使我們理解該系統的更多細節。”

此外，“我認為看一看其他年輕的系統也是很有價值的，”Schneiderman說，“此系統中探測到一氧化碳表明一氧化碳可能比星塵更加明亮，所以要探尋一氧化碳過去的影響可能會比星塵更具可觀測性。我覺得把一氧化碳氣體作為目标可能會給我們提供一個機會，使我們更整體地理解已出現的巨大撞擊的統計數據。”

BY: Charles Q. Choi

FY:北鬥星zj

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