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繪架座Beta星周圍發現兩彗星家族

Exoplanet caught on the move

法國天文學家Flavien Kiefer等人利用歐南天文台(ESO)位在智利La Silla觀測站的3.6米望遠鏡加HARPS儀器對繪架座Beta星(Beta Pictoris)進行彗星普查,研究了近500個環繞繪架座Beta的彗星後,發現這些系外彗星(exocomet)明顯地可以分成兩個家族:年老系外彗星最靠近恆星的距離比較多變紛雜,年輕系外彗星則可能是最近才從一顆或多顆大一點的天體碎裂而形成。除了這兩個主要族群外,其實還有一些零散的小家族。

繪架Beta位在南天的繪架座中,距離地球約63光年。它是個很年輕的恆星,僅約2000萬歲而已,起初引起天文學家對它注意的是它擁有一個濃厚且龐大的塵埃盤,而且盤中活動非常活躍,通過彗星蒸發或小行星互撞而不斷補充盤中的氣和塵埃。Kiefer等人正式希望能透過對繪架Beta塵埃盤中系外彗星的詳細研究,瞭解這類年輕行星系統中到底在發生什麼事?

近30年來,天文學家經由長期監測發現繪架Beta發出的光有微小變化,推測可能是彗星經過恆星前方所造成。彗星不大,通常只有幾公里,不足以遮蔽能在地球上察覺得出來的恆星亮光;但彗星富含冰,當它們接近母恆星時,彗星上的冰會被蒸發,在彗星運動的後方形成由氣體和塵埃組成的巨大尾巴;當彗星從恆星前方通過時,龐大彗尾會吸收恆星星光,使地球上觀測的繪架 Beta亮度微降。而來自系外彗星本身的亮光,與繪架Beta相較之下微不足道,所以無法在地球上直接拍攝到這些彗星的身影。

Kiefer等人從2003年到2011年間,總共利用ESO 3.6米望遠鏡上的HARPS對繪架Beta做了超過1000次的觀測。他們挑選出共493個不同的系外彗星作為研究樣本,有些系外彗星觀察到過好幾次,每次會延續數小時之久。經過小心分析之後,可得彗星的運動速度和氣體雲的大小。每顆系外彗星的某些軌道特徵,例如軌道形狀、朝向或到恆星的距離等,也都詳細測量並計算。

在一個單一的系外行星系統中能分析數百顆系外彗星的資料,所得結果相當獨特。Kiefer等人從資料中發現這些系外彗星分成兩個明顯不同的族群,其中一個族群由年老的彗星組成,其軌道受到繪架座Beta b這顆大質量行星的影響,因此有著各式各樣的軌道,而且彗星活動噴出氣體與塵埃的速率也很低,顯示這些彗星已經多次近距離飛掠繪架Beta,因而消耗了大半它們所含有的冰。此外,這些老彗星的軌道橢圓率和朝向,正如理論預期被大質量行星軌道共振所補陷後該有的狀況,同時顯示這顆行星與母星共振距離必在7億公里左右,這個距離又正好是繪架座Beta b發現時的所在距離呢!這表示理論和實際觀測結果兩者非常符合。

至於年輕彗星組成的另一個族群,可能是從一個或數個比較大的天體破裂後的碎片所組成的,所以軌道特徵比較一致,有點類似我們太陽系中的克魯茲族掠日彗星(Kreutz family),和老彗星族截然不同。這些年輕彗星也比較活躍,氣體塵埃噴出率比老彗星高很多。

對大量系外彗星的軌道和物理性質進行統計研究,可提供天文學家一個檢視太陽系45億年前形成時可能經歷過的物理狀態與過程,進一步瞭解太陽系早期的歷史。

資料來源:Two Families of Comets Found Around Nearby Star. ESO [22 October 2014]

本文轉載自網路天文館


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