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一個(gè)研究鄰近恒星星周氣體塵埃盤的國際天文小組發(fā)現(xiàn)了一團(tuán)致密的有毒氣體云團(tuán)，它是由一群彗星式冰質(zhì)天體之間正在發(fā)生的急速碰撞形成的。研究者指出，這群彗星要么是兩個(gè)火星級(jí)冰質(zhì)星球碰撞的參與，要么是由迄今未知的行星引力束縛集中在一起的冰封碎塊。

研究者使用智利的阿塔卡瑪（Atacama）大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）測繪了繪架座Beta這顆亮星周圍盤面中的塵埃和一氧化碳（CO）分子。這顆恒星位于大約63光年以外，年齡只有2000萬年，它擁有迄今已知距離恒星最近、最明亮且最年輕的一個(gè)碎片盤，這使得它成為研究行星系統(tǒng)早期演化的理想實(shí)驗(yàn)室。

NASA戈達(dá)德太空飛行中心的阿奇·羅貝熱（Aki Roberge）解釋了智利阿塔卡瑪大型毫米/亞毫米波陣列的觀測是如何告訴我們繪架座Beta周圍存在有毒氣體、彗星群以及假想行星的。點(diǎn)擊下載NASA戈達(dá)德中心科學(xué)可視化工作室的高清晰度視頻 圖片提供：NASA's Goddard Space Flight Center

小組成員、馬里蘭州格林貝爾特（Greenbelt）NASA戈達(dá)德太空飛行中心的天體物理學(xué)家阿奇·羅貝熱說：“雖然一氧化碳對(duì)我們有毒，它卻是彗星以及其他許多冰質(zhì)天體中眾多氣體的一種。在年輕恒星周圍混亂的環(huán)境中，這樣的天體經(jīng)常會(huì)發(fā)生碰撞，并產(chǎn)生釋放氣體、冰粒以及內(nèi)部氣體的碎片?！?/p>

ALMA的圖像揭示出，在繪架座Beta系統(tǒng)邊緣存在大范圍的一氧化碳帶。相當(dāng)一部分一氧化碳是集中于一個(gè)單一團(tuán)塊中的，距離恒星大約80億英里（130億公里），這差不多相當(dāng)于海王星到太陽距離的3倍。科學(xué)家稱，觀測到的一氧化碳總量超過了20億億噸，這相當(dāng)于地球海洋質(zhì)量的大約1/6。

這些氣體的存在是一些有趣現(xiàn)象的線索。紫外線會(huì)在100年左右的時(shí)間里瓦解一氧化碳分子，這一時(shí)間要比主氣體云環(huán)繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)一周所需要的時(shí)間短得多。智利圣地亞哥聯(lián)合ALMA辦公室的研究者比爾·丹特（Bill Dent）說：“因此除非我們是在一個(gè)非常特殊的時(shí)間點(diǎn)觀測了繪架座Beta星，否則我們看到的一氧化碳必須要得到持續(xù)的補(bǔ)充?！钡ぬ厥窍嚓P(guān)研究論文的第一作者，文章發(fā)表在3月6日的《科學(xué)快報(bào)》上。

這張藝術(shù)概念圖描繪了可以解釋ALMA對(duì)繪架座Beta星觀測結(jié)果的最佳模型。在系統(tǒng)的外邊緣，一顆假想巨行星（圖中左下方）的引力作用將彗星束縛成了致密的大質(zhì)量彗星群（右側(cè)），其中碰撞頻發(fā)。圖片提供：NASA's Goddard Space Flight Center/F. Reddy

丹特及其小組計(jì)算出，為了補(bǔ)償繪架座Beta星周圍一氧化碳的瓦解，每5分鐘就必須要有一顆大型彗星瓦解。只有質(zhì)量極大且極其致密的彗星群才可以提供如此高的碰撞率。

由于我們幾乎是從側(cè)面觀看盤面，ALMA的數(shù)據(jù)無法確定一氧化碳是集中在一個(gè)單一的氣體云中的，還是集中于分布在恒星兩側(cè)的兩個(gè)云團(tuán)中。對(duì)氣體云軌道運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步研究可以確定實(shí)際情況，不過當(dāng)前的證據(jù)傾向于支持雙云團(tuán)圖景。

在我們的太陽系中，木星的引力將數(shù)千顆小行星束縛在了兩個(gè)族群中，在木星環(huán)繞太陽運(yùn)動(dòng)時(shí)，其中一群位于木星之前，另一群位于后方。類似地，繪架座Beta系統(tǒng)外圍的一顆巨行星可以將彗星束縛在兩個(gè)致密的大質(zhì)量群體中。

論文的合作者、來自英國劍橋大學(xué)的天文學(xué)家馬克·懷亞特（Mark Wyatt）說：“現(xiàn)在我們正在進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)研究，不過現(xiàn)在我們認(rèn)為，牧羊犬行星的質(zhì)量大致相當(dāng)于土星，位于一氧化碳帶的內(nèi)邊緣?！?/p>

天文學(xué)家曾經(jīng)直接拍下了巨行星繪架座Beta b的圖像，它的質(zhì)量是木星的好幾倍，與恒星的距離比木星要近得多。雖然對(duì)于巨行星來說，在距離10倍于繪架座Beta b（約束大質(zhì)量彗星云的要求）的地方形成是非常罕見的，假想的行星可以在距離恒星更近的地方產(chǎn)生，然后在年輕的星周盤發(fā)生變化期間向內(nèi)遷移。

懷亞特說：“我們認(rèn)為，繪架座Beta的彗星群是當(dāng)假想的行星向外遷移，將冰質(zhì)天體掃入共振軌道的時(shí)候形成的?！碑?dāng)這些彗星的軌道周期與行星軌道周期成簡單比例的時(shí)候（如彗星運(yùn)行兩周，行星運(yùn)行3周），彗星就會(huì)在每個(gè)軌道周期的同一位置從行星獲得一個(gè)推力。這類似于規(guī)律地推動(dòng)兒童的秋千，這樣的加速會(huì)隨著時(shí)間推移被放大，并將彗星束縛在較小的區(qū)域內(nèi)。

不過如果氣體實(shí)際上只是聚集在單一云團(tuán)中的，研究者提出了另一種理論。大約發(fā)生在50萬年前兩個(gè)火星尺度冰質(zhì)天體之間的碰撞可以形成彗星群，其中的碎片持續(xù)碰撞著，逐漸將一氧化碳?xì)怏w釋放出來。

無論是哪種情況，繪架座Beta肯定擁有一段迷人的故事，而ALMA敏銳的視力將幫助天文學(xué)家更深入地探究它。