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一颗诞生于恒星灰烬中的行星

当一颗类太阳恒星耗尽燃料时,它会膨胀成一颗巨星,把外层吹入太空,留下一颗白矮星:一个致密、缓慢冷却的核心。许多白矮星的大气中都有重元素,而这些元素本应在几天之内就沉降到不可见的深处。如今的解释已经很成熟:它们正在吞噬破碎行星天体的残骸。这些残骸各不相同,但总体上看起来就像我们太阳系中的岩石。

行星通常与其恒星同时形成,诞生于恒星周围的气体和尘埃盘中。这些是第一代行星。原则上,行星也可以在其恒星死亡之后,由恒星抛出的物质形成。脉冲星周围的行星通常被认为属于这种第二代。但此前还从未在白矮星周围发现过这样的行星。

一百条无法解释的谱线

HS 0209+0832是一颗炽热而年轻的白矮星,表面温度约35800度,进入冷却阶段才大约500万年,距离我们约82.6秒差距。它长期以来一直很古怪。它的氢大气中含有约1%的氦,而在这个温度下,氦本应在几个月内沉降。而且哈勃空间望远镜在1999年拍摄的一份紫外光谱显示出碳、铝、硅、钙、钛、镍和锌——外加约一百条无人能识别的谱线。

华威大学及其他八家机构的Jamie Williams、Boris Gänsicke及其同事重新分析了来自哈勃、FUSE紫外卫星和甚大望远镜的这些存档光谱。借助最新的原子数据,大部分神秘谱线原来属于铜和铌——仅铌就有62条谱线。FUSE观测过的另外33颗受污染的炽热白矮星中,没有一颗显示出铌。

富含稀有金属,缺乏岩石成分

随后,研究团队推算出了正在落向这颗恒星的物质成分。有些元素会被恒星自身的光部分托住,这让统计变得复杂,所以他们把注意力集中在不受此影响的元素上。结果与任何已知的白矮星和任何陨石都不相符:

  • 超铁元素——锌、铜、铌——高度富集。相对于钙而言,铌的丰度比太阳高出一千多倍。
  • 没有探测到铁,硅也只有微量,而这两种元素约占地球质量的48%。镍的含量是铁的两倍多,而在地球上,镍的量只有铁的约5%。
  • 氮、氧、磷和硫都很稀少:这不是一颗冰质彗星。

垂死恒星的指纹

宇宙中由慢中子俘获(即“s过程”)形成的元素——铌就在其中——大部分是由处于生命末期的巨星制造的。作者利用这类恒星的138个模型表明,它们的星风中铌和锶可富集多达一百倍,镍、铜和锌适度富集,而铁和硅则完全没有富集。

他们设想的情景是:原恒星的一个近距离伴星在其巨星阶段被吞没。恒星的包层被抛出,形成了一个富含s过程元素的盘,随后一颗巨行星就在其中、在刚诞生的白矮星附近成长起来。相比之下,在一颗普通行星中,没有任何已知过程能产生这么多铌:在100颗测量过铌的恒星中,铌与钙之比的最高值也比这里低200多倍。

被捉到正在蒸发的行星

氦也在不断落入,而岩质天体是不提供氦的。作者得出结论:这颗白矮星最有可能正在吞食一颗巨行星逃逸出来的大气,这颗巨行星被白矮星强烈的紫外光加热。

NASA的TESS卫星数据提供了一条新线索:该系统的亮度以4.4天的周期变化0.12%,远比白矮星通常的自转慢。这与一颗在0.044天文单位处运行的行星相符。作者提出了两种解读:一颗年轻且仍然炽热、白天一侧笼罩着雾霾的巨行星的昼夜循环;或者是一条由蒸发气体构成的彗星状尾巴从恒星前方经过——这也能解释为何测得的氦含量会变化。

尚未吻合之处

作者指出了几个谜团。锶不见了:每个模型都预测锶应比铌多,但在这里锶却稀少了一百多倍。铌甚至超过了他们模型中的最高值,而镍多于铁这一点也很难解释。一些被巨星物质污染的恒星同样显示出铌多于锶,暗示存在模型遗漏的某种过程;行星大气中的化学反应也可能重新调整了各元素的比例。目前还没有人对第二代行星的大气进行过建模。

这个天体目前仍是一个候选体。为了找到其他类似天体,研究团队建议在炽热白矮星的紫外光谱中寻找同样的特征:大量的碳和s过程元素。如果探测到铅,就能确定原恒星的成分。

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