天文学家探测到在巨大撞击期间从行星上剥离的大气迹象

这种行星撞击在年轻的太阳系中很常见，但尚未被直接观察到。

年轻的行星系统通常会经历极度的成长痛苦，因为婴儿的身体相互碰撞并融合形成越来越大的行星。在我们自己的太阳系中，地球和月球被认为是这种巨大撞击的产物。

天文学家推测，这种碰撞在早期系统中应该很常见，但在其他恒星周围很难观察到。

现在，麻省理工学院、爱尔兰国立高威大学、剑桥大学和其他地方的天文学家已经发现了发生在附近恒星系统中的巨大撞击的证据，距离地球仅 95 光年。这颗名为 HD 172555 的恒星大约有 2300 万年的历史，科学家们怀疑它的尘埃带有最近碰撞的痕迹。

麻省理工学院领导的团队观察到了恒星周围巨大撞击的进一步证据。他们确定，至少 20 万年前，碰撞可能发生在大约地球大小的类地行星和较小的撞击体之间，碰撞速度为每秒 10 公里，或超过每小时 22,000 英里。

至关重要的是，他们探测到的气体表明这种高速撞击可能吹走了较大行星大气的一部分——这一戏剧性事件可以解释在恒星周围观察到的气体和尘埃。发表在《自然》杂志上的这些发现代表了同类首次发现。

麻省理工学院地球、大气和行星科学系研究生、主要作者 Tajana Schneiderman 说：“这是我们第一次探测到这种现象，即在一次巨大的撞击中被剥离的原行星大气层。” “每个人都对观察巨大的撞击感兴趣，因为我们希望它们很常见，但我们在很多系统中都没有证据。现在我们对这些动态有了更多的了解。”

明确的信号

恒星 HD 172555 因其尘埃的不寻常成分而成为天文学家关注的对象。近年来的观测表明，这颗恒星的尘埃含有大量不寻常的矿物质，其颗粒比天文学家预期的典型恒星碎片盘要细得多。

“由于这两个因素，HD 172555 被认为是这个奇怪的系统，”施耐德曼说。

她和她的同事想知道气体可能会揭示关于系统撞击历史的什么信息。他们查看了智利阿塔卡马大型毫米波阵列 ALMA 采集的数据，该阵列由 66 个射电望远镜组成，可以调整其间距以提高或降低图像的分辨率。该团队查看了来自 ALMA 公共档案的数据，寻找附近恒星周围一氧化碳的迹象。

“当人们想要研究碎片盘中的气体时，一氧化碳通常是最亮的，因此最容易找到，”施耐德曼说。“因此，我们再次查看了 HD 172555 的一氧化碳数据，因为它是一个有趣的系统。”

事后

通过仔细的重新分析，该团队能够检测到恒星周围的一氧化碳。当他们测量其丰度时，他们发现这种气体占金星大气中一氧化碳的 20%。他们还观察到，气体以大约 10 个天文单位，或地球与太阳之间距离的 10 倍，大量环绕恒星，出人意料地靠近恒星。

“如此接近一氧化碳的存在需要一些解释，”施耐德曼说。

那是因为一氧化碳通常容易受到光解作用的影响，在这种过程中，恒星的光子会分解并破坏分子。在近距离，离恒星如此近的一氧化碳通常很少。因此，该小组测试了各种场景，以解释这种气体丰富的近距离外观。

他们很快排除了气体来自一颗新形成的恒星的碎片的情况，以及气体由靠近的冰冷小行星带产生的情况。他们还考虑了一种情况，其中气体是由许多冰冷的彗星从遥远的小行星带(类似于我们自己的柯伊伯带)飞来的。但数据也不太适合这种情况。该团队考虑的最后一种情况是气体是巨大撞击的残余物。

“在所有场景中，它是唯一可以解释数据所有特征的场景，”Schneiderman 说。“在这个时代的系统中，我们预计会有巨大的撞击，而且我们预计巨大的撞击真的很常见。时间尺度确定，年龄确定，形态和构图约束确定。在这种情况下，在这个系统中唯一可能产生一氧化碳的过程是巨大的影响。”

该团队估计，这些气体是由至少 20 万年前发生的一次巨大撞击释放的——最近足够了，以至于这颗恒星没有时间完全摧毁这些气体。根据气体的丰度，这次撞击可能是巨大的，涉及两颗原行星，大小可能与地球相当。撞击是如此之大，以至于它可能以团队今天观察到的气体的形式吹掉了一颗行星的大气层。

“现在有可能在这个系统之外进行未来的工作，”施耐德曼说。“我们正在证明，如果你在一个地方发现一氧化碳，并且形态与巨大的撞击一致，它为寻找巨大的撞击和了解碎片在后果中的行为提供了一个新的途径。”

“在我看来，这项工作特别令人兴奋的是，它证明了巨大撞击造成大气损失的重要性，”加州大学洛杉矶分校地球、行星和空间科学教授 Hilke Schlichting 说。没有参与研究。“它还开辟了研究遭受巨大撞击的额外太阳行星的大气成分的可能性，这最终可能有助于揭示类地行星在它们自己的巨大撞击阶段的大气状况。”

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