被逮个正着： 天文学家首次目睹恒星吞噬行星的奇妙景象

这张艺术概念图展示了一颗行星螺旋式地逐渐跌入它的主星。这颗木星大小的行星将气体从恒星上拉走，并投入太空。这些气体在太空中被冷却变成尘埃，变得可以被天文学家观测到。图片来源：R. Hurt & K. Miller (Caltech/IPAC)

一颗接近其生命终点的恒星膨胀了起来，吞噬了一颗木星大小的行星。在大约50亿年后，我们的太阳将经历一个类似的生命周期转变。

一项新研究于5月3日在线发表在《自然》（Nature）杂志上，记录了首次观察到衰老恒星吞噬行星的现象。当恒星的核心耗尽燃料后，它的体积开始增大，与邻近行星之间的距离逐渐缩小，并最终将其完全吞噬。在大约50亿年后，我们的太阳也会经历类似的衰老过程，可能膨胀到目前直径的100倍，成为所谓的红巨星（red giant）。在这一膨胀过程中，它将吞噬水星、金星，可能还有地球。

天文学家已经确认了许多红巨星，并怀疑在某些情况下它们会吞噬附近的行星，但这种现象以前从未被直接观察到。美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的天文学家、这项研究的主要作者基沙雷·德（Kishalay De）说：“这种类型的事件已经被预测了几十年，但直到现在我们还没有真正观察到这个过程是如何进行的。”

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这段视频展示了一颗行星围绕着不断膨胀的主星运行时逐渐消亡的过程。在螺旋式接近恒星的过程中，该行星拉走了一束气体。一旦完成吞噬，恒星的亮度和大小就会增加，但最终会恢复到合并前的状态。视频来源：R. Hurt & K. Miller (Caltech/IPAC)

研究人员利用多个地面观测站和美国航空航天局（NASA）的近地天体广域红外巡天探测卫星（Near-Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer，NEOWISE）发现了这一事件，并将其正式称为ZTF SLRN-2020，NEOWISE由NASA的喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）管理。系统中的行星可能与木星差不多大，它距离主星的轨道甚至比水星距离太阳的轨道更近，而其中的恒星正处于生命的最后阶段，即红巨星阶段的开始，这个阶段可以持续10万年以上。

在恒星不断膨胀的过程中，它的外层大气最终包围了行星。恒星大气层的阻力降低了行星的运行速度，让它的运行轨道变得更近更短，并最终将它送到恒星的可见表面以下，就像一颗流星在地球大气层中燃烧起来。能量的转移导致这颗恒星的体积暂时增大，亮度也增加了几百倍。最近的观测显示，这颗恒星已经恢复到与行星合并前的大小和亮度。

全天空探索

这颗行星消亡后的闪光人眼可见，出现在了由美国加州理工学院（Caltech）主导的兹威基瞬变探测器（Zwicky Transient Facility，ZTF）的观测中。兹威基瞬变探测器位于美国南加州的帕洛玛天文台（Palomar Observatory），用于寻找亮度迅速变化的宇宙事件，有时，这种亮度变化只发生在几小时内。基沙雷·德正在使用兹威基瞬变探测器寻找一类名为新星（nova）的事件，即一颗死亡、塌陷的恒星，也就是白矮星（white dwarf）从附近的另一颗恒星中吸积高温气体。新星总是被高温气流所包围，但其他地面望远镜对这一闪光的后续观测显示，这颗恒星周围的气体和尘埃温度要低得多，这意味着它似乎不像是一颗新星，也不像基沙雷·德所见过的任何其他天体。

于是他转向了NEOWISE。NEOWISE于2009年发射升空，最初被称为广域红外巡天探测卫星（Wide Field Infrared Survey Explorer，WISE），每六个月就会用红外光（比可见光更长的波长范围）对整个天空进行扫描，它产生的全天空地图让天文学家能够看到天体如何随时间变化。

查看了NEOWISE的数据后，基沙雷·德发现在兹威基瞬变探测器发现闪光之前，这颗恒星已经变亮了将近一年。这种变亮是尘埃（会发出红外光）在恒星周围形成的证据。基沙雷·德和他的同事们认为，这些尘埃表明这颗行星并非没有进行过任何反抗，在向它的末日飞去的过程中，它把高温气体从蓬松的恒星表面拽走了。当这些气体飘向太空时，它们会被冷却并变成灰尘，就像水蒸气变成雪一样。在恒星和行星的碰撞过程中，更多的气体被抛入太空，产生了更多的尘埃，地面的红外观测站和NEOWISE都观测到了。

“在宇宙中，只有少数天体会先在红外光中变亮，然后在另外的时间在可见光中变亮。”基沙雷·德说，“因此，NEOWISE观测到这颗恒星在可见光范围内爆发前一年的变亮事实，对于弄清这一事件至关重要。”

50亿年后，我们的太阳也可能会变成一颗红巨星，吞噬水星、金星，甚至可能吞噬地球，到那时，相应的闪光应该更加平和，根据基沙雷·德的说法，因为水星、金星和地球要比兹威基瞬变探测器探测到的这次事件中木星大小的行星小得多。

“如果我是一个观察者，看着50亿年后的太阳系，我可能会看到太阳变亮一点，但不会如此这般戏剧性，尽管背后的物理原理完全相同。”

大多数中等大小的恒星最终都会变成红巨星，理论学家们认为，在我们的银河系中，每年都会有少数的红巨星吞噬掉附近的行星。新的观测结果为天文学家提供了一个模板，说明这些事件应该是什么样子的，为发现更多的类似事件提供了可能性。

“这一发现表明，对整个天空进行观测并将其存档是有价值的，因为我们并不清楚所有那些我们可能观测到的有趣事件。”加州理工学院红外线过程分析研究中心（Infrared Processing and Analysis Center，IPAC）的NEOWISE副首席研究员乔·马谢罗（Joe Masiero）说，“有了NEOWISE的数据档案，我们可以回顾过去，可以找到隐藏的宝藏，或者了解其他天文台无法告诉我们的关于某一个天体的情况。”

NEOWISE任务的更多相关信息

2009年发射的WISE任务用红外光对整个天空进行了两次扫描，拍摄了10亿个天体中的四分之三，包括遥远的星系、恒星和小行星。WISE任务于2011年结束，但两年后，NASA让这颗卫星重新用于追踪小行星和其他近地天体（near-Earth object，NEO），同时也将这项任务和卫星重新命名为NEOWISE。

喷气推进实验室为NASA科学任务理事会（Science Mission Directorate）的天体物理学部门（Astrophysics Division）管理和运行WISE。美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的爱德华·赖特（Edward Wright）是任务的主要调查员。这项任务是在NASA的探索者计划（Explorers Program）下通过竞争选出的，该计划由位于美国马里兰州格林贝尔特的戈达德航天中心（Goddard Space Flight Center）管理。

喷气推进实验室为位于美国华盛顿的科学任务理事会内的NASA行星防御协调办公室（Planetary Defense Coordination Office）管理和运行NEOWISE任务。主要调查员是美国亚利桑那大学（University of Arizona）的艾米·迈因策尔（Amy Mainzer）。科学仪器由位于美国犹他州洛根的空间动力学实验室（Space Dynamics Laboratory）建造；探测器由美国科罗拉多州博尔德的鲍尔宇航与技术公司（Ball Aerospace & Technologies）建造。科学数据的处理在美国帕萨迪纳的加州理工学院IPAC进行。加州理工学院为NASA管理喷气推进实验室。