

天文学家在观测星系时发现,许多恒星系统属于两种类型之一:活着的或死去的。有许多健康的黄矮星和红矮星环绕着行星,这与我们的太阳系不无相似之处。还有“死去”的白矮星——我们太阳的未来形态——其中许多拥有由尘埃、气体和破碎的碎片组成的圆盘。一颗垂死的恒星如何将第一个系统变成第二个系统?最近的研究表明,部分原因在于它会以超强的阳光将小行星粉碎。
当太阳有朝一日膨胀成一颗红巨星,吞噬水星和金星,炙烤地球,这仅仅是改变太阳系的第一步。由于它将变得大得多,我们的恒星将向太空中辐射比现在强数千倍的光,就像用探照灯取代台灯一样。根据《皇家天文学会月报》上的一篇近期出版物,这种能量充裕最显著的影响之一是将小行星撕裂。这一现象可以解释为什么天文学家会看到如此多的小型小行星坠入白矮星。
“在拥有10,000倍太阳光度恒星的存在下,”英国华威大学天体物理学家、该研究的合著者Dimitri Veras说,“这已经是另一场——更暴力得多的——游戏了。”
虽然研究白矮星作为行星系统是一个全新的领域(研究人员去年才发现了一颗行星绕白矮星运行的第一个证据),但天文学家们已经研究了很长时间小行星坠入这些渺小但炽热的恒星的“天鹅之歌”。当一颗类太阳恒星死亡时,它会膨胀,抛出大量物质,最终坍缩,将一个类太阳的质量压缩到地球大小的空间。这会产生强大的引力场,将恒星的重元素拖入中心,留下原始的氢大气层以及一些氦气。“我把(白矮星)视为一张白纸,”华威大学天文学家Mark Hollands说。
当富含铁或其他金属的肮脏小行星撞击恒星并碎裂时,它们会在白矮星的光中留下显眼的条纹——天文学家已经在银河系一半到四分之一的死恒星中看到了这些条纹。但是什么导致了这么多小行星走向毁灭呢?Veras的研究提供了一些见解,揭示了一种可能导致如此多小行星存在的系统性灾难。“这是一个很棒的下一步,”Hollands说,他没有直接参与这项研究。“这确实让我们对如何拥有如此庞大的(小行星)种群有了更好的认识。”
小行星的命运取决于光与岩石体之间的微妙相互作用。当阳光照射到小行星上时,这些能量随后会以红外辐射的形式释放出来(想想热成像仪如何能探测到发热的人类),产生微小的反冲,但随着时间的推移会累加起来。由于小行星形状奇特,它们在后续释放热量时会经历不同方向的反冲。当这些反冲不平衡时,小行星就会开始旋转——这一现象被称为YORP效应,以描述它的科学家Yarkovsky、O’Keefe、Radzievskii和Paddack的姓氏命名。
天文学家已经观测到附近的小行星以相当温和的方式发生YORP效应。然而,在太阳变成超级赛亚人之后,一切都改变了。Veras计算,所有额外的光将使任何小于6英里宽的小行星以极快的速度旋转,以至于它们会碎裂。Veras说,最脆弱的会在每两到三个小时旋转一次时开始崩解。他估计,从静止状态使它们以如此快的速度旋转可能需要一百万年。但对于已经平静了数十亿年的系统来说,这眨眼之间就过去了。
一次断裂后,更小的剩余碎片将更容易旋转,一次又一次地断裂,速度越来越快。在像我们这样的系统中,许多小行星的最终残骸将是构成它们的巨石和卵石,这种毁灭将延伸到冥王星轨道之外。Veras说:“(小行星)带可能会经历普遍的YORP引起的破坏。”
在2014年之前的研究中,Veras勾勒了该现象的基本原理,但最近的研究涵盖了各种小行星成分。这些太空岩石的稠度各不相同,从松散的瓦砾堆,到牢固连接的巨石,再到实心的铁块,只有最牢固结合的才能在太阳系末期幸存下来。“这项工作表明,”Hollands说,“在(红)巨星阶段,(小行星)对发生的事情 really 无法做主。”
这项新研究还指出,YORP末日将产生许多小行星对,其中一个较小的碎片围绕一个较大的碎片运行——这在轨道上是一种新奇现象。然而,这些双星不会持续很久,因为进一步的旋转将继续将它们分解。
这项工作不仅让我们得以一瞥太阳系未来的一个暴力时刻,还通过观察遥远白矮星系统的大气层,增强了研究人员解读其历史的能力。Veras说,随着天文学家们继续观察这些恒星粉碎任何靠近它们的行星,对岩石要么幸存要么屈服的YORP时代条件的更好理解,将使研究人员能够理解它们的整个生命周期,从诞生到死亡。