年輕的恆星系統是一個混亂的環境，太空岩石一直在碰撞。小行星、彗星和大型物體相撞。有時它們粘在一起，逐漸將塵埃和冰雲變成行星和衛星。即使是輕微的碰撞也是正常的。但在行星系統完全形成的數億年裡，最大的碰撞很少發生。這種情況可能每十萬年才發生一次。
天文學家現已發現附近一顆名為 Fomalhout 的恆星周圍發生兩次大規模碰撞的證據。這一切都發生在短短20年內。這一發現表明，在行星形成過程中，異常橫財或大規模撞擊可能比科學家之前認為的更頻繁地發生。
這兩起事件第一次發生在 2004 年，第二次發生在 2023 年，這是天文學家第一次直接拍攝到太陽係以外的行星系統中大型物體之間的碰撞。
追踪宇宙撞擊的後果。
該研究的主要作者、加州大學伯克利分校天文學助理教授保羅·卡拉斯（Paul Kalas）表示：“我們剛剛目睹了兩顆行星的碰撞，以及從那次劇烈事件中噴出的塵埃雲的碰撞。這些塵埃雲開始反射來自主星的光線。” “我們沒有看到兩個物體直接碰撞。但我們可以看到這次巨大碰撞的後果。”
卡拉斯解釋說，數万年來，北落師門周圍的區域似乎充滿了發光的碎片。這些碰撞就像閃爍的節日彩燈一樣“閃閃發光”。
反映早期太陽系的年輕恆星
卡拉斯於 1993 年開始研究北落師門，同時尋找行星形成後殘留的塵埃盤。 Fomalhout距地球僅25光年，相對年輕。它大約有 4.4 億年的歷史，使其成為了解太陽系早期歷史的有用視角。
使用美國宇航局的哈勃太空望遠鏡（HST），卡拉斯最終發現了圍繞一顆恆星的寬圓盤。 2008年，他還報告稱在圓盤附近發現了一個明亮的物體，看起來像是一顆行星。這標誌著首次在光波長下直接對系外行星進行成像。並按照標準命名規則將其命名為北落師門b。
出現的星球已經消失了。研究人員現在認為這個物體不是行星。相反，它是兩個大型物體碰撞時形成的塵埃雲。
當塵埃雲看起來像行星時
“這是一種新現象。點源出現在行星系統中，然後在大約 10 年後消失，”加拉斯說。 “它把自己偽裝成一顆行星，因為行星看起來像小點，繞著附近的恆星運行。”
從2004年和2023年發生的事件的生動程度來看，科學家估計相撞物體的直徑至少有60公里，比6600萬年前撞擊地球並導致恐龍滅絕的小行星大四倍多。這種大小的物體被稱為小行星。它們的大小與太陽系中的小行星和彗星相似。但它比冥王星這樣的矮行星小得多。
“北落師胡特比太陽系年輕得多。但當我們的太陽係有 4.4 億年的歷史時，它充滿了碰撞的行星，”卡拉斯說。 “就在那時，我們看到一個小世界正在被猛烈的碰撞弄得坑坑洼窪。甚至被摧毀並重新組合成各種物體。從某種意義上說，這就像回顧過去。在我們太陽系的極端時期，當時該系統的年齡還不到十億年。”
計劃於 12 月 18 日在該雜誌上在線發表的報告中描述了這些新發現。 科學–
研究行星形成的天然實驗室。
“北落師門系統是一個天然的實驗室，用於研究行星碰撞時的行為。這告訴我們它們是如何形成和形成的，”該研究的合著者、英國劍橋大學天文學教授馬克·懷亞特（Mark Wyatt）說。 “這一觀察結果令人興奮的是，它使我們能夠估計碰撞物體的大小以及磁盤中的物體數量。這些信息幾乎不可能通過任何其他方式獲得。”
懷亞特估計，大約有 3 億顆大小相似的行星圍繞 Fomalhout 運行。之前的觀測還檢測到恆星周圍存在一氧化碳氣體。這表明這些物體富含揮發性物質，類似於我們太陽系中發現的冰彗星。
塵埃雲將自己偽裝成系外行星
北落師門位於南方魚座，其亮度是太陽的 16 倍，使其成為從地球上可見的最亮恆星之一。當加拉斯於 2004 年開始用 HST 觀測這顆恆星時，他發現了距恆星 133 個天文單位 (AU) 的寬碎片環，這是太陽系柯伊伯帶與太陽距離的三倍多。 AU 是地球和太陽之間的平均距離，即 9300 萬英里。
碎片帶清晰的內邊緣表明看不見的行星可能正在形成。在 2006 年進行另一次 HST 觀測後，加拉斯得出結論，2004 年和 2006 年圖像中看到的明亮物體都是行星。他當時承認，這可能是碰撞產生的塵埃雲。但這種解釋被認為不太可能。
2010年、2012年、2013年和2014年的後續HST觀察改變了這一觀點。在最終圖像中，被稱為北落師門 b 的物體已經完全消失。
第二次碰撞證實了這一解釋。
九年後，在多次嘗試重建系統映像失敗後，卡拉斯獲得了新的 HST 圖像，顯示了先前位置附近的另一個亮點。這個源被稱為 Fomalhaut cs1，是環星源 1 的縮寫。第二個新天體，名為 Fomalhaut cs2，出現在附近，但它的位置排除了同一天體再次出現的可能性。由於 2014 年和 2023 年的圖像之間存在九年的差距，天文學家無法準確說出 cs2 最初形成的時間。
在新的分析中，加拉斯和他的國際團隊檢查了 2023 年的圖像以及 2024 年拍攝的低質量後續圖像。他們得出的結論是，這種輝光只能解釋為陽光被兩顆行星碰撞產生的塵埃雲反射。
Kalas 指出，雖然 cs1 最初的運動方式與它所繞軌道的行星一致，但它的軌跡後來向外彎曲。該行為符合微小灰塵顆粒的預期行為。被星光的威壓推開。 cs2的出現得出了兩個物體都是塵埃雲的結論。不是行星
未來系外行星任務的經驗教訓
Kalas 將 Fomalhout 碎片雲與 2022 年產生的物質進行了比較，當時 NASA 的 DART（雙小行星重定向測試）任務打算撞向小行星 Dimorphos。它繞小行星迪德莫斯運行。然而，北落師門周圍的雲層估計要大大約十億倍。
在接下來的三年中，卡拉斯獲得了利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的近紅外相機 (NIRCam) 和 HST 進行觀測的時間。目標是研究塵埃云如何隨時間變化。包括它如何在系統中擴展和移動。該雲比北落師門 cs1 亮約 30%，2025 年 8 月的觀測證實 cs2 仍然可見。
展望未來，卡拉斯敦促天文學家在為未來直接成像系外行星的任務做準備時保持謹慎。
當我們開始用可居住地球觀測站等靈敏的未來望遠鏡觀察恆星時，他說：“形成塵埃雲的碰撞發生在所有行星系統中。”其目的是直接拍攝類地系外行星的圖像。我們必須小心，因為有微弱的光點。繞軌道運行的恆星可能不是行星。
其他合著者包括加州大學伯克利分校研究天文學家托馬斯·埃斯波西托（Thomas Esposito）；前加州大學伯克利分校研究生 Jason Wang（現就職於伊利諾伊州西北大學）和 Michael Fitzgerald（現就職於加州大學洛杉磯分校）；前加州大學伯克利分校博士後研究員 Robert De Rosa，現任職於智利歐洲南方天文台； Maxwell Millar-Blanchaer，來自加州大學聖巴巴拉分校；任斌，來自中國廈門大學；來自劍橋大學的馬克西米利安·索默（Maximilian Sommer）；和英國華威大學的格蘭特·肯尼迪。研究得到了 NASA 的支持（NAS5-26555、GO-HST-17139）。
