25光年之外的神秘光源，其实源自于星子大碰撞？

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  北落师门系统  


北落师门（Fomalhaut）是夜空中最明亮的恒星之一，距离地球仅约25光年。它位于南鱼座（Piscis Austrinus），质量和亮度都高于太阳，并且周围环绕着多条由尘埃碎片构成的环带。


2004年和2006年，哈勃望空间远镜在北落师门周围发现了一个点状光源，该光源在天空中的运动与恒星本身一致。天文学家将其命名为北落师门b（Fomalhaut b）。对于北落师门b的性质，天文学家员提出了两种解释：

• 它可能是一颗被尘埃环绕、通过反射恒星光芒而被观测到的系外行星；
  

• 也可能是一团由星子发生碰撞后形成的正在不断扩散的尘埃云。
  

然而，在2023年的哈勃观测中，北落师门b却消失了，取而代之的是在北落师门周围的一个相近位置上，出现了一个新的点状光源。他们将这个新天体称为“星周源2”（cs2），并将北落师门b重新命名为“星周源1”（cs1）。

哈勃空间望远镜的这幅合成图像显示了北落师门周围的碎屑环以及尘埃云cs1和cs2。为突出较暗的结构特征，北落师门恒星本身被遮挡，其所在位置以白色星标示。（图/NASA, ESA, Paul Kalas (UC Berkeley); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)）

不久前，一项发表在《科学》杂志的研究表明，cs2其实是由星子之间的猛烈碰撞所产生的尘埃云。而cs2的出现，也使得“cs1同样源自星子碰撞”的解释更具说服力。研究人员将cs1和cs2共同解读为北落师门行星系统中存在持续碰撞过程的观测证据。




  一座碰撞的天然实验室 


碰撞是行星系统演化过程中至关重要的一环。过去，已经有研究在太阳系中直接观测到类似的碰撞碎片，但在系外行星系统中，目前主要获得的是关于碰撞的间接证据。


因此，这次的观测结果令人兴奋。研究人员可以利用这两次碰撞事件来估算碰撞率、所产生尘埃颗粒的质量，以及所涉及星子的大小——而这些信息几乎不可能通过任何其他方式获得。

北落师门恒星周围尘埃云cs2形成的艺术构想图：在图示的第1个阶段中，北落师门位于画面的左上角，右下角的两个白点代表绕其运行的两个大质量天体；在第2个阶段，这两个天体逐渐相互接近；第3个阶段显示了它们之间发生的剧烈碰撞；在第4个阶段，碰撞产生的尘埃云cs2变得清晰可见，同时恒星光压将尘埃颗粒向远离恒星的方向推移。（图/NASA, ESA, STScI, Ralf Crawford (STScI)）

估算结果表明，发生碰撞的星子直径至少约为60千米——这至少是6600万年前撞击地球、导致恐龙灭绝的那颗天体的四倍之大。同时，研究人员推断，在整个北落师门系统中，大约有3亿个这样的天体在轨道上运行。


这个系统就像一个天然实验室，让天文学家得以研究星子在发生碰撞时的行为方式，而这些行为反过来又能透露，这些天体是由什么构成的，以及它们最初是如何形成的。


不过，关于为什么这两团碎片云在空间上会如此接近，目前仍是一个未解之谜。如果星子之间的碰撞是随机发生的，那么cs1和cs2理应偶然出现在彼此无关的位置。然而，事实却是，它们沿着北落师门外侧碎屑盘的内缘，异常接近地分布在同一区域。


另外，先前的理论认为，这类碰撞大约每10万年才会发生一次，甚至更为罕见。而cs1和cs2却发生在约20年的时间尺度上。这便引发了另一个谜团：为什么科学家会在如此短的时间尺度内，连续目睹这两次这样的事件？




  警示意义与未来观测  


北落师门cs1和cs2的瞬变特性，为未来计划通过直接成像寻找系外行星的太空任务提出了新的挑战。类似cs1和cs2这样的尘埃云，可能会被误判为真正的行星。


接下来，研究团队将继续用哈勃空间望远镜在未来三年内持续监测cs2。他们希望观察它的演化过程——它会逐渐变暗，还是反而变得更亮？由于cs2比cs1更靠近碎屑带，正在膨胀的cs2尘埃云更有可能开始与碎屑带中的其他物质发生相互作用。这种相互作用可能引发尘埃的“雪崩式”增长，从而使整个周围区域整体变亮。


他们还计划使用韦布空间望远镜（JWST）上的近红外相机（NIRCam）对cs2进行观测。NIRCam能够提供精细的颜色信息，从而揭示尘埃云中颗粒的尺寸及其化学组成，甚至可以判断其中是否含有水冰。


目前，哈勃和JWST是唯一具备这种成像能力的天文观测设施。哈勃主要在可见光波段工作，而JWST则可以在红外波段观测cs2。这些彼此互补的观测波段，对于开展全面的多波段研究至关重要，也将帮助天文学家更完整地理解这个神秘且快速演化的北落师门行星系统。

#参考来源：

https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-sees-asteroids-colliding-at-nearby-star-for-first-time/

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu6266

https://www.mpg.de/24357906/fomalhaut-dust-clouds-through-collisions?c=2249

https://www.forbes.com/sites/jamiecartereurope/2025/12/31/nasas-hubble-sees-baby-planets-colliding-around-a-famous-star/

#图片来源：

封面图&首图：Thomas m&umumler (HdA/MPIA) - CC BY 4.0

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我家附近天文馆有北落师门科普展，去看了超震撼，原来宇宙碰撞这么常见