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天文學家逮到4個正在消耗類地系外行星物質的白矮星

英國華威大學(University of Warwick)Boris Gänsicke等人,觀測到4顆白矮星周圍有塵埃環繞,這些塵埃可能一度是類似地球的系外行星,只是已經破碎,且白矮星們正毫不客氣的正在享用這些碎屑。

白矮星是質量類似太陽的恆星們因核心核融合材料用盡、演化到生命末期時,核心部分向內收縮而形成的。利用哈柏太空望遠鏡進行白矮星大氣組成的大規模巡天觀測,總共在離太陽數百光年範圍內發現了80幾顆白矮星,其中,Gänsicke等人發現有4顆白矮星大氣中最常見的元素就是氧、鎂、鐵和矽,而地球本身有93%以上就是由這4種物質所組成。更有趣的是:白矮星大氣物質所含有的碳元素比例極低,狀況與地球及太陽系其他幾顆類地行星非常近似。

這是天文學家測量受到塵埃碎屑污染的白矮星大氣中,首度發現碳元素比例如此低的狀況。這不僅可明確證明這些白矮星曾一度擁有至少一顆岩質系外行星,只是這些岩質行星都已經被摧毀,而且這些觀察結果還呈現了這些系外世界最後的死亡階段究竟是什麼景象。

白矮星的大氣層主要由氫元素組成,有時還含有氦,大氣中若有任何氫氦以外的重元素,都會在數天之內被白矮星強大的重力拽向白矮星核心而不得見。有鑑於此,Gänsicke等人估計:要達到這4顆白矮星大氣中類似地球的這些重元素比例,必定是每秒有100萬公斤以上的物質不斷落向白矮星表面的結果。

其中一顆編號為PG0843+516的白矮星,由於大氣中的塵埃含有極其豐富的鐵、鎳與硫,使得它比其他白矮星更特別。鐵和鎳一般存在於類地行星的核心部分,這是因為夠大的行星形成過程中,由於重力而使得比較重的元素沈向核心的關係,即所謂的「分異作用(differentiation)」,地球也曾在形成之初經歷過分異作用,因此而有地核、地函和地殼的分層;而硫則因化學性質本就易於受鐵吸引,因此也會隨著鐵沈到核心去。因此,這些天文學家相信:PG0843+516不僅正在吞噬它的破碎行星的殘渣,而且是這顆或這些行星原本的核心部分。

Gänsicke等人指出:這些白矮星距離地球都在數百光年遠,但類似白矮星吞噬其周遭行星碎屑的這種劇碼,很可能未來有一天也會在我們的太陽系中上演。天文學家預估我們的太陽還有約50億年左右的壽命,因此約數十億年太陽核心的氫含量不足以繼續進行核融合反應,太陽外層大氣將逐漸膨脹形成紅巨星,逐漸將最內層的水星、金星吞沒,雖不清楚地球是否也會被變成紅巨星的太陽吞噬,不過地球即使逃過被吞噬的命運,也躲不過因太陽表面逐漸接近而使地球表面液體都被太陽炙烤後蒸發殆盡的末日結局。

當太陽逐漸從紅巨星階段轉變到白矮星階段時,將會隨外層大氣膨脹、逸散到太空中而損失大量質量,所有行星也會被推離原本的位置。這將導致行星軌道變得不穩定而引起互撞,如同太陽系誕生之初那段不穩定時期一樣。這個過程可能讓所有的岩質行星被毀,形成大量小行星,有一部份小行星便是來自原本岩質行星核心。在我們太陽系中,木星可能可以在這場浩劫中倖免於難,並將因行星破碎後形成的小行星、或是原本就存在的小行星彈向變成白矮星的太陽。

資料來源:Four white dwarf stars caught in the act of consuming ‘earth-like’ exoplanets[2012.05.03]

轉載自台北天文館之網路天文館網站


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