这幅艺术概念图描绘了在另一颗恒星周围一颗假想的宜居行星地平线上方，散发着白色辉光的系外黄道带尘埃。天文学家发现，在南天星座杜鹃座Kappa恒星系统中，此类尘埃的数量如此巨大，以至于其起源令他们感到困惑。图片来源：ESO/L. Calçada
距离地球约70光年，一颗名为杜鹃座Kappa A的恒星长久以来一直困扰着天文学家。它被加热到超过1000华氏度的尘埃所环绕，这些尘埃在极其靠近恒星轨道运行时发出强烈的光芒。在这种条件下，尘埃本不应存续，它要么会蒸发，要么会在短时间内被恒星的辐射推走。
如今，亚利桑那大学的研究人员相信他们找到了一个关键缺失环节。他们发现了一颗伴星，它反复穿过这片异常炽热尘埃所在的区域。
这项发表在《天文学杂志》上的研究由亚利桑那大学斯图尔德天文台的博士后研究员托马斯·施图伯领导。研究团队利用欧洲南方天文台的MATISSE仪器，实现了该技术有史以来最高对比度的恒星伴星探测。
这一发现为科学家研究炽热系外黄道带尘埃提供了一个罕见的天然“实验室”。这类尘埃已成为在其他恒星周围寻找类地行星过程中的一个主要障碍。
炽热的系外黄道带尘埃挑战了关于行星系统行为的基本观念。这些尘埃颗粒极其微小，堪比火焰产生的烟雾，并且其轨道极其靠近恒星。这些区域的高温和强辐射本应几乎立即摧毁尘埃。
“如果我们看到如此大量的尘埃，它需要被迅速补充，或者存在某种机制延长了尘埃的寿命，”施图伯说。
这个谜团之所以变得更加重要，是因为炽热尘埃经常出现在科学家希望可能存在类地行星的恒星周围。美国宇航局计划在20世纪40年代发射的宜居世界天文台，旨在利用先进的日冕仪阻挡星光，从而观测到暗淡的行星。
炽热尘埃通过产生研究人员所称的“日冕仪泄漏”——即可能掩盖潜在宜居世界信号的散射光——干扰了这一过程。了解这些尘埃的来源和行为方式，对于未来的行星搜寻任务至关重要。
为了更近距离地研究该系统，施图伯的团队使用了干涉测量法，这是一种结合多台望远镜的光线以模拟一台更大望远镜的方法。研究人员在2022年至2024年间反复观测了杜鹃座Kappa A。
国际团队最初计划追踪尘埃随时间的变化。然而，他们却意外地发现了一颗在高度拉长的轨道上运行的伴星。在其最接近时，它与主星的距离仅为0.3个天文单位——比我们太阳系中任何行星与太阳的距离都要近。
根据施图伯的说法，这一发现改变了科学家对整个系统的看法。杜鹃座Kappa A不再是一个简单的谜团，而是成为了研究极端恒星相互作用的复杂环境。这颗伴星在远离该系统后，又会重新冲入充满尘埃的内层区域。
“基本上可以肯定，这颗伴星与尘埃的产生存在某种关联，”该研究的合著者、斯图尔德天文台副天文学家史蒂夫·埃特尔说。“它必定在动力学上与尘埃相互作用。”
这一突破反映了斯图尔德天文台在干涉测量法领域多年的领导地位。由美国宇航局资助、位于格雷厄姆山上的大型双筒望远镜干涉仪，彻底改变了对温度相对较低的系外黄道带尘埃的研究。
该仪器的稳定性和灵敏度帮助斯图尔德天文台确立了其作为全球系外黄道带尘埃研究中心的地位。这一成功吸引了美国宇航局、美国国家科学基金会和私人捐助者的重要支持，并将该天文台置于系外行星科学研究的前沿。
这些经验正在塑造未来的技术。斯图尔德天文台的研究人员正在参与开发一台新的欧洲消零干涉仪，其灵敏度将比早期仪器高出50倍。
这种联系既是技术上的，也是个人层面的。负责领导该欧洲仪器开发的丹尼斯·德弗雷尔，此前曾在斯图尔德天文台接受博士后研究培训，并参与了大型双筒望远镜干涉仪的建造。
“斯图尔德天文台已确立自身作为此类研究的全球领导者地位，这对于系外类地行星成像至关重要，”埃特尔说，他获得了美国宇航局的资助，将使用新仪器研究系外黄道带尘埃。
杜鹃座Kappa A系统开辟了许多新的研究机会。通过研究伴星如何与尘埃相互作用，科学家希望更多地了解炽热尘埃的来源、组成成分、颗粒大小以及分布方式。
这项工作可能澄清磁场是否如斯图尔德天文台研究员乔治·里克和安德拉什·加什帕尔所提出的那样，会捕获带电尘埃颗粒。它也可以检验频繁的彗星活动是否补充了尘埃，这是斯图尔德天文台研究员、也是该论文合著者弗吉尼·法拉马兹-戈尔卡研究的一个过程。其他完全不同的物理过程也可能在起作用。
研究结果表明，其他拥有炽热尘埃的恒星也可能存在隐藏的伴星。斯图尔德天文台的研究人员现在计划重新检查过去观测过的系统，寻找可能被忽视的恒星。
随着美国宇航局的宜居世界天文台发射日益临近，诸如此类的发现为天文学家将面临的环境提供了重要的见解。
“考虑到杜鹃座Kappa A系统此前已被多次观测，我们甚至没有预料到会发现这颗伴星，”施图伯说。“现在拥有这个独特的系统，为探索神秘的炽热系外黄道带尘埃开辟了新的途径，这更令人兴奋。”
