天文學家發現銀河系中最古老的行星碎片 被摧毀的星系殘留物

天文學家已經確定了我們銀河系中最古老的恆星，該恆星正在吸積繞行行星的碎片，使其成為銀河系中迄今發現的最古老的岩石和冰雪行星系統之一。研究結果認為，距離地球僅90光年的一顆微弱的白矮星，以及其軌道行星系統的殘骸，其年齡超過100億年。這項研究由華威大學領導，於11月5日發表在《皇家天文學會月刊》上。

藝術家對老白矮星WDJ2147-4035和WDJ1922+0233的印象，它們被軌道上的行星碎片所包圍，這些碎片將吸附在恆星上，汙染它們的大氣。WDJ2147-4035是極其紅色和暗淡的，而WDJ1922+0233是異常的藍色。資料來源：華威大學/Mark Garlick博士

大多數恆星，包括像我們太陽這樣的恆星最終會變成白矮星。白矮星是一顆已經用完所有燃料的恆星，失去了它的外層，現在正經歷著一個收縮和冷卻的過程。在這個過程中，任何在軌道上的行星都會被打亂，在某些情況下，還會被摧毀，而它們的碎片會被留下來，吸附在白矮星的表面。

為了進行這項研究，天文學家團隊對歐洲航天局GAIA空間觀測站探測到的兩顆不尋常的白矮星進行了建模。這兩顆恆星都受到了行星碎片的汙染。其中一顆被發現為異常的藍色，而另一顆則是迄今為止在本地銀河系附近發現的最暗和最紅的。兩者都接受了科學家團隊的進一步分析。

天文學家們利用來自GAIA、暗能量調查和歐洲南方天文臺的X-Shooter儀器的光譜和測光資料來計算這些恆星已經冷卻了多長時間。他們發現“紅色”恆星WDJ2147-4035的年齡約為107億年，其中102億年是作為白矮星冷卻的時間。

光譜學涉及分析來自恆星的不同波長的光。這可以檢測出恆星大氣中的元素何時吸收不同顏色的光，並幫助確定這些元素是什麼，以及存在多少。透過分析WDJ2147-4035的光譜，研究小組發現了金屬鈉、鋰和鉀的存在，並初步探測到了碳在該恆星上的增殖——這使得該恆星成為迄今為止發現的最古老的金屬汙染的白矮星。

第二顆“藍色”恆星WDJ1922+0233只比WDJ2147-4035略微年輕，被成分類似於地球大陸地殼的行星碎片所汙染。科學小組得出結論，儘管WDJ1922+0233的表面溫度很低，但它的藍色是由其不尋常的氦氫混合大氣造成的。

在紅星WDJ2147-4035原本幾乎是純氦和高重力的大氣中發現的碎片來自一個古老的行星系統，它在該星演化為白矮星的過程中倖存下來，這使得天文學家們得出結論，這是銀河系中發現的圍繞白矮星的最古老的行星系統。

主要作者、華威大學物理系博士生阿比蓋爾·埃爾姆斯說。“這些被金屬汙染的恆星表明，地球並不是唯一的，還有其他行星系統，其行星體與地球相似。97%的恆星都會變成白矮星，它們在宇宙中無處不在，所以瞭解它們非常重要，尤其是這些極冷的恆星。冷白矮星由我們銀河系中最古老的恆星形成，它提供了關於銀河系中最古老的恆星周圍行星系統的形成和演變的資訊。”

“我們正在發現銀河系中最古老的恆星殘骸，它們被曾經的類地行星所汙染。想到這發生在100億年的規模上，而且這些行星在地球形成之前就已經死亡，這真是令人驚訝。”

天文學家還可以利用恆星的光譜來確定這些金屬沉入恆星核心的速度，這使他們能夠回顧過去，確定這些金屬中的每一種在最初的行星體中的丰度。透過將這些丰度與在我們自己的太陽系中發現的天體和行星材料進行比較，我們可以猜測在恆星死亡併成為白矮星之前，這些行星會是什麼樣子——但在WDJ2147-4035的案例中，這已被證明是一種挑戰。

阿比蓋爾解釋說。“紅星WDJ2147-4035是一個謎，因為吸積的行星碎片非常富含鋰和鉀，與我們自己的太陽系中已知的任何東西都不同。這是一顆非常有趣的白矮星，因為它的超冷表面溫度、汙染它的金屬、它的老齡化，以及它具有磁性的事實，使它變得極為罕見”。

華威大學物理系的Pier-Emmanuel Tremblay教授說。“當這些古老的恆星在100多億年前形成時，宇宙的金屬含量沒有現在這麼豐富，因為金屬是在進化的恆星和巨大的恆星爆炸中形成。這兩顆被觀測到的白矮星為行星的形成提供了一個令人興奮的視窗，在一個金屬貧乏和氣體豐富的環境中，與太陽系形成時的條件不同。”