变亮又变暗的恒星

2021年，荷兰莱顿大学的天文学家Matthew Kenworthy正在寻找系外行星周围的环。他从众多天文望远镜收集的数据中，搜寻那些以不同寻常的方式闪烁或变暗的恒星。在监测天空中的爆炸恒星的ASASN-SN巡天任务的数据中，他捕捉到了一颗在可见光下反复闪烁的类太阳恒星。

这颗距离地球约1800光年的恒星被命名为ASASSN-21qj。在几个月的时间里，它在可见光波段反复地变暗，又恢复到原来的亮度。观测到这种亮度会变暗的恒星并不罕见，这通常被归因为有物质在这颗恒星和地球之间穿过。

但是，在Kenworthy于社交网站上发布了一篇关于ASASSN-21qj的帖子后，引起了一名业余天文学家Arttu Sainio的注意。Sainio指出，在观测到ASASSN-21qj的可见光变暗前的约900天左右，这颗恒星的红外发射出现了大约4%的上升。

这则信息完全改变了故事的走向。他们产生了一个疑问：这两个观测结果是否相关？如果是的话，那么ASASSN-21qj究竟发生了什么？

现在，在一项新发表于《自然》杂志的研究中，Kenworthy与他的同事给出了一个可能的答案。他们认为，这两组观测结果都可以用两颗行星发生巨大的碰撞来解释。

这幅图显示了行星碰撞产生的巨大的发光行星体。碰撞之后，一些冰和岩石的残骸喷出，然后在地球和图像背景中的宿主星之间穿过，（图/Mark Garlick）

当巨大的碰撞发生之后

巨大的碰撞被认为常见于行星形成的最后阶段，它们决定了行星的最终大小、组成和热状态，并塑造了这些行星系统中天体的轨道。在我们的太阳系中，天王星的奇怪倾斜、水星的高密度以及月球的存在，都被认为是由巨大的碰撞造成的。然而，到目前为止，天文学家几乎没有任何直接证据能够证明，银河系中正在发生这些巨大的碰撞。

若要用巨大的碰撞来解释对ASASSN-21qj的观测结果，那么在碰撞后的最初几个小时内，碰撞所释放的能量要多于恒星所释放的能量。由碰撞产生的物质会过热，它们会熔化，或者蒸发，或者两者兼而有之。

此外，这样的碰撞还可以形成比原有的行星大几百倍的炽热发光物质。虽然捕捉到了ASASSN-21qj的红外光增亮的广域红外巡天探测者（WISE）并没有观测到这一幕，但这可能是由于WISE每隔300天左右才观测一次ASASSN-21qj，因此错过了这些由碰撞产生的最初的闪光。

不过，由这种碰撞产生的膨胀的行星体，需要很长时间才能冷却并缩小到可被我们识别为新行星的样子。一开始，当这样一个“碰撞后天体”达到最大的程度时，它发出的光仍然可能有恒星发出的光的百分之几那么高。这样的天体是有可能产生（如观测到的）红外光增亮的现象的。

与此同时，这样的碰撞还会将大量的残骸喷射到恒星周围的一系列不同轨道上。这些残骸中的一小部分会在碰撞的冲击下蒸发，随后凝结形成由微小的冰和岩质晶体组成的云。随着时间的推移，这些团块状的云团中的一些物质，会在ASASSN-21qj和地球之间经过，阻挡一小部分来自恒星的可见光，导致恒星在观测中变暗。

冰质巨行星

如果以上解释被证实是正确的，那么研究这个恒星系统就可以为实时观测新世界的诞生提供一个绝佳的机会，并为了解行星形成的一个关键机制打开一扇新的窗户。

即使从目前有限的观测中，天文学家也能了解到一些非常有趣的信息。首先，研究人员认为，要释放出观测到的能量，“碰撞后天体”必须是地球大小的几百倍。要形成这么大的天体，每个碰撞的行星都必须是地球质量的几倍，就像“冰质巨行星”天王星和海王星一样大。

这两颗行星可能大小与海王星相似。（图/NASA /JPL）

第二，研究人员估计“碰撞后天体”的温度大约为700°C，对于这样的温度，发生碰撞的天体就不可能完全由岩石和金属构成，至少有一颗行星的外部区域必须包含沸点温度较低的元素，比如水中的元素。

综合这两点来看，天文学家认为这应该是两个富含冰的、类似海王星的行星之间的碰撞。

而红外光的增亮与可见光的变暗之间存在时间上的延迟，意味着碰撞发生在离恒星很远的地方。与天文学家常在其他恒星周围观测到的许多紧密排列的行星系统相比，这样一个有着远离恒星的冰质巨行星的系统，和我们的太阳系更为相似。

最令人兴奋的是，天文学家可以继续观测这个系统在接下来几十年里的演化，实时观看一颗新行星的诞生，并检验他们的结论。未来，他们将使用韦布空间望远镜（JWST）等强大的仪器进行观测，以确定残骸云中的颗粒的大小和组成，和“碰撞后天体”的上层化学成分，并跟踪这些热残骸会如何冷却下来。在这个过程中，甚至有可能观测到新卫星的出现。这些观测可以为天文学家提供理论信息，帮助他们理解巨大的碰撞是如何塑造行星系统的。

参考来源：

https://theconversation.com/the-afterglow-of-an-explosive-collision-between-giant-planets-may-have-been-detected-in-a-far-off-star-system-215466

https://www.bristol.ac.uk/news/2023/october/exoplanet-collision.html

https://www.sciencenews.org/article/exoplanet-collision-first-afterglow-infrared-light

封面图&首图：Mark Garlick