美国宇航局（NASA）的哈勃太空望远镜（HST）观测到，在一个邻近的行星系统中，发生了大规模太空岩石相互撞击的惊人后续事件。最初看似一颗反射恒星光芒的系外行星，结果却是一场远为剧烈的碰撞。
研究人员最初注意到一个明亮的光点，并假设它是一颗覆盖着尘埃、反射其恒星光芒的行星。但当这个物体消失，并在附近出现另一个不同的明亮光源时，这种解释便站不住脚了。包括西北大学天体物理学家杰森·王（Jason Wang）在内的国际研究团队意识到，他们看到的根本不是行星。相反，这些光来自剧烈碰撞产生的发光碎片云。
观测揭示了两次独立而强大的撞击，它们在同一行星系统内产生了不断膨胀的尘埃云。实时捕捉到这些事件，为科学家提供了一个罕见的窗口，以了解行星如何形成，以及哪些物质聚集在一起构建新的世界。
这项发现于12月18日发表在《科学》（Science）杂志上。
“在恒星周围的尘埃带中发现一个新的光源令人惊讶。我们完全没有预料到，”王说。“我们的主要假设是，我们在过去二十年里看到了两次星子——类似小行星的小型岩石天体——的碰撞。星子碰撞是极其罕见的事件，这标志着我们首次在太阳系外看到此类事件。研究星子碰撞对于理解行星如何形成非常重要。它也能告诉我们小行星的结构，这对于像‘双小行星重定向测试’（DART）这样的行星防御计划来说是重要信息。”
“这绝对是我第一次看到系外行星系统中凭空出现一个光点，”主要作者、加州大学伯克利分校的天文学家保罗·卡拉斯（Paul Kalas）说。“在我们之前所有的哈勃图像中它都不存在，这意味着我们刚刚目睹了两个巨大天体之间的一次剧烈碰撞，以及一团巨大的碎片云，其规模在我们今天的太阳系中是前所未见的。”
王专门从事系外行星成像，是西北大学温伯格文理学院的物理学和天文学助理教授，也是天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的成员。
碰撞发生在围绕恒星北落师门（Fomalhaut）的行星系统中，该恒星位于南鱼座，距离地球约25光年。北落师门比太阳大，周围环绕着一个广阔而复杂的尘埃碎片带系统。
“这个系统拥有我们所知的最大的尘埃带之一，”王说。“这使得它成为一个易于研究的目标。”
多年来，天文学家一直在争论一个被称为北落师门b（Fomalhaut b）的明亮天体的性质，该天体于2008年首次被报告，位于恒星主尘埃带之外。一些研究人员认为它是一颗行星，而另一些人则怀疑它是碰撞产生的扩散尘埃云。
2023年，新的哈勃观测带来了另一个转折。原始的光源消失了，但在系统内一个略微不同的位置出现了一个新的明亮天体。
“通过这些观测，我们的初衷是监测北落师门b，我们最初认为它是一颗行星，”王说。“我们假设那亮光就是北落师门b，因为那是系统中已知的光源。但是，在仔细地将我们的新图像与过去的图像进行比较后，我们意识到这不可能是同一个光源。这既令人兴奋，也让我们感到困惑。”
原始天体（现标记为北落师门cs1）的消失，支持了它是一个碰撞后缓慢消散的尘埃云的观点。第二个明亮光源（称为北落师门cs2）的出现，进一步强化了这两个天体都不是行星的结论。相反，两者似乎都是大型星子相互撞击时产生的碎片云。
北落师门cs2在亮度和位置上，都与二十年前cs1首次出现时的样子非常相似。通过研究这些事件，研究团队得以估算此类碰撞在该系统中可能发生的频率。
“理论表明，每10万年或更长时间才应该发生一次碰撞。而在这里，20年内我们就看到了两次，”卡拉斯说。“如果你有一部过去3000年的电影，并且加速播放，使得每一年都只是一秒钟的一小部分，想象一下在那段时间里你会看到多少次闪光。北落师门的行星系统将会因为这些碰撞而闪闪发光。”
由于结果如此出人意料，王进行了四项独立分析中的一项，以确认这些发现。每项分析都在大致相同的区域检测到了一个新的瞬变光源，这强化了观测到两次独立碰撞的结论。
“这是我们第一次看到类似的情况，”王说。“所以，我们必须确保能够信任我们的图像，并且我们正在正确地测量碰撞的特性。我仔细分析了数据，以表明四项独立分析都自信地探测到了恒星附近的一个新光源。”
除了揭示活跃的碰撞外，这一发现也对未来的行星搜寻工作发出了警告。大片的尘埃云可以通过反射星光，非常逼真地模仿系外行星的外观，可能会误导天文学家。
“北落师门cs2看起来完全像一颗反射星光的系外行星，”卡拉斯说。“我们从研究cs1中学到的是，一大片尘埃云可以伪装成行星很多年。这对于未来旨在通过反射光探测系外行星的任务来说，是一个警示。”
随着像巨型麦哲伦望远镜这样的新天文台准备直接成像附近恒星周围的类地行星，区分真正的行星和暂时的尘埃云将变得越来越重要。
尽管北落师门cs1已经暗淡，研究人员计划继续监测该系统。他们的下一个目标是cs2，它可能会揭示更多关于年轻行星系统中碰撞如何展开的信息。
未来的观测将依赖于美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的近红外相机（NIRCam）。与哈勃不同，NIRCam可以捕捉详细的颜色信息，帮助科学家确定尘埃颗粒的大小和成分，包括它们是否含有水或冰。
“由于哈勃望远镜的服役年限，它已无法再收集该系统可靠的数据，”王说。“幸运的是，我们现在有了JWST。我们有一个已获批准的JWST观测项目，用于跟进这次星子碰撞，以了解这个新的环恒星光源的性质，以及发生碰撞的两个母体星子的性质。”
这项题为“北落师门系统中的第二次剧烈星子碰撞”的研究得到了美国宇航局（资助号HST-GO-17139）的支持。
