□ 供稿/赵冬瑶

1. 系外巨行星相撞的首个观测证据

最近的一项研究宣布，天文学家有史以来第一次观测到，在另一个类太阳恒星的行星系统中，两颗冰质巨行星大规模相撞后的余辉；这是一个绝佳的机会，就像是实时观测到了新世界的诞生，并打开了一扇深入了解行星形成的窗口。该研究发表于2023年10月11日的《自然》杂志。

此行星系统的主星为2MASS J08152329-3859234，距离地球约1800光年，是一颗原本不起眼的类太阳恒星。2021年12月，天文学家在可见光波段观测到它变暗了。观测到恒星类似的变暗现象并不罕见，通常可能是由于恒星和地球之间有物质通过所造成的。但是在大约两年半前，一位业余天文爱好者报告了这颗恒星的红外辐射增加了约4%。这使天文学家关注到了这颗恒星，并提出了问题：这两个观测结果是否相关，如果相关，在它的周围到底发生了什么？

研究人员意识到，这两次相隔约1000天的观测结果可能是由两颗行星的碰撞造成的。撞击会形成炽热、发光的物质团块，并迅速扩散，尺度会扩大到原始行星大小的数百倍，其发出的红外辐射可以高达恒星本身红外辐射的百分之几，使恒星在红外波段增亮。撞击还会将大量碎片喷射到恒星周围的轨道上。这些碎片会先因撞击的激波而蒸发，随后凝结成由冰和岩石晶体组成的云团块。随着时间的推移，其中一些云团块会在恒星和地球之间经过，阻挡来自恒星的部分可见光，导致恒星变暗。计算机模拟表明，为了释放观测到的红外增亮，相撞行星的质量必须是地球的几倍到十倍。此外，数据表明撞击后的天体的温度在700℃左右。由于温度如此之低，相撞行星不可能完全由岩石和金属构成。行星的外部区域必定含有低沸点的元素，例如构成水的元素。碰撞会产生大量水蒸气，有助于将撞击后的天体冷却至约1000K。因此，研究人员认为，此次我们应该是看到了两颗冰质巨行星——就类似于我们太阳系内的天王星和海王星，它们之间的剧烈碰撞。

这次碰撞也是了解巨行星内部的绝佳机会。通常，巨行星的重元素会被隐藏在厚厚的氢和氦层下。然而在这次碰撞中，内部物质会被喷射到撞击后天体的外部区域。此外，计算机模拟表明，此次碰撞发生在距离主星2-16个天文单位范围内，是距离主星较远的地方。这种存在远离主星的冰质巨行星的行星系统，它与我们的太阳系更相似，而不是天文学家经常观测到的主星被巨行星紧紧环绕的行星系统。天文学家将继续跟踪观测该系统中撞击后的物质成分和运动，这将有助于天文学家更好地理解太阳系的形成和演化过程。

2. OSIRIS-REx获取的小行星样本首次被公开

美国航天局于10月10日召开了新闻发布会，首次向全世界展示了小行星任务OSIRIS-REx带回地球的样本，同时还公布了对样本进行初步分析的结果。这次的样本将进一步帮助科学家们，对太阳系中行星的形成和生命的起源等问题展开更深入的了解。

研究太阳系的历史及生命的起源需要分析来自太空的物质。有时，这些物质会以陨石的形式来到地球。但是，通常情况下科学家没有办法追踪这些陨石具体来自哪些小行星，并且陨石在穿过大气层到达地球的过程中，也可能会受到污染；而且小行星上其他的一些物质，也可能永远无法形成陨石落到地球上，这些都很大程度地限制了科学家对源头历史的研究。相比之下，直接从小行星上获取样本并带回地球，这些来自太空的原始样本，就为科学家们提供了珍贵的研究机会。

OSIRIS-REx是美国第一个旨在获取小行星样本的任务，任务目标被锁定在一颗名为贝努的近地小行星。贝努是一颗年龄约为45亿年的碳质小行星，宽约500米，含有大量的碳和“挥发性物质”，即容易被蒸发的化合物，水也属于其中的一种。这些碳质小行星被认为是太阳系形成时的遗迹，因此可以帮助解释包括地球在内的行星是如何形成的。此外，贝努的轨道与地球轨道相交，这也使得与前往位于火星和木星之间的小行星带相比，这次小行星探测器的旅程会更加容易。

该任务耗资12亿美元，于2016年9月正式发射。探测器于2018年12月抵达贝努小行星，这也创下了航天器所围绕最小目标天体的记录。在接下来的22个月里，探测器在轨道上持续收集着贝努的数据，同时也在寻找合适的地点准备俯冲并采集样本。采样最终在2020年10月进行。由于贝努的表面出人意料的多孔，探测器深深地沉入了小行星的表面，结果收获颇丰，采集到了大量样本。OSIRIS-REx于2021年5月向地球返回，于今年9月24日在距离地球表面10.2万千米时，向大气层内发射了样本返回舱，并成功被回收。

OSIRIS-REx并不是第一个带回小行星样本的探测器，此前，日本的“隼鸟一号”和“隼鸟二号”曾分别于2010年和2020年成功带回小行星样本，但OSIRIS-REx带回的样本数量是前所未有的。科学家估计样本重量达到了250克，远超任务最初设定的60克目标，也远远超过日本隼鸟号带回的5.4克样本。科学家利用电子显微镜、X射线层析摄像等手段对小行星样本进行了初步分析，已经得到了一些令人兴奋的结果。科学家在贝努的粘土矿物的晶体结构内发现了被锁住的水，这是一个极其重要的发现。此外，样品中还含有丰富的碳（占总重量的约5%）和硫。这两种元素对于生命都是必不可少的：碳是使生物成为可能的有机化合物的关键成分；而硫是形成蛋白质的氨基酸的重要成分。此外，在样本中还发现了磁铁矿（一种氧化铁），一些对生命进化至关重要的化学反应与此有直接关联。对贝努小行星样本的分析研究还将继续，科学家们就像是在缓慢解开一个时间胶囊，为我们展现太阳系的形成和生命的起源过程。

3. 土星光环的可能起源

一项最新的研究表明，来自两颗曾经围绕土星运行的古老冰卫星之间的碰撞，可能产生了土星标志性的光环系统。此研究发表于2023年9月27日的《天体物理学杂志》上。

土星是太阳系中最引人注目的行星之一，也是充满着大量未解之谜的一颗行星。这颗大小仅次于木星的气态巨行星，其最突出的特征是周围所环绕的美丽土星环。土星环于1610年被伽利略首次观测到，而关于它的起源问题，自发现后便一直困扰着天文学家。为了更深入了解土星，美国航天局发射了卡西尼号土星探测器，该探测器在2004年至2017年间围绕土星运行了13年，并收集了大量数据。卡西尼号的数据使天文学家了解到，土星光环包含着一系列七个较大的同心环，这些环由冰组成，成分非常纯净，未受尘埃污染。这表明土星环一定相当年轻，只有几百万年的历史。这也说明在太阳系45亿年历史的大部分时间里，土星看起来很可能都是一颗光秃秃的行星，比现在要普通得多。

由英美天文学家组成的研究团队基于卡西尼号的数据，利用高分辨光滑粒子流体动力学模拟，研究了土星环的形成过程，找到了其起源的答案。研究人员首先推测土星环可能是由两颗古老的冰卫星发生碰撞所形成的。他们使用超级计算机模拟了近200个碰撞的场景，其中考虑了卫星的大小、碰撞的角度和速度等因素。研究人员发现，冰卫星的撞击能够使足够多的冰分布到土星的洛希半径内。由于行星环只能在行星的洛希半径内形成，在此半径内，围绕行星运行的物质的引力弱于行星的潮汐力，从而会被潮汐力撕成碎片。模拟表明，当两颗冰卫星的大小与土星当前的土卫四和土卫五相似时，也就是直径分别为月球直径的三分之一和略低于一半时，碰撞之后便可以形成现在观测到的土星环，并解释他们存在的缘由。研究人员认为，这次碰撞的发生，可能是由于几亿年前土星的卫星系统不稳定所导致的。

尽管土星环几乎完全由冰构成，但研究人员认为相撞的冰卫星应该是具有岩石核心的。模拟证实，碰撞后产生的冰碎片和岩石碎片会以不同的方式分散：岩石碎片会分布在距离土星较高的轨道上，从而继续聚集合并成新卫星；冰碎片会分散到土星洛希半径内的较低轨道上，形成土星环。关于土星及其过去，天文学家还有很多不了解的地方，此次研究的结果意味着在破解土星之谜上又前进了一小步。

4. 奇怪的星系际剧烈爆发

宇宙中非常罕见的一次异常明亮爆发，让天文学家困惑不已。此次爆发是蓝色快速光学暂现源（LFBOT）的最新例子。当确定了它的位置后，研究人员发现，即便在LFBOT这种罕见类型中，这个爆发源也是独一无二的。LFBOT是宇宙中已知最亮的可见蓝光爆发事件之一，持续时间很短，一般只有几天，就像相机的闪光灯一样。LFBOT于2018年首次被发现；目前，只发现了非常少数的LFBOT，发现频率大约每年一次。

此次的LFBOT被命名为AT2023fhn，于今年4月10日被美国帕洛玛天文台的Zwicky Transient Facility探测到。之后，许多地面和空间望远镜对其进行了多波段的后续观测，覆盖了从X射线波段到射电波段。光谱显示AT2023fhn距地球约30亿光年，这个距离只有哈勃空间望远镜的分辨率才能准确确定出它的位置。得益于它的观测，天文学家惊讶地发现，AT2023fhn位于星系之外明显孤立的位置，距离附近的一个漩涡星系约5万光年，距离另一个较小星系约1.5万光年。之前，所有的LFBOT都是在其宿主星系的旋臂中观测到的，因此AT2023fhn显得非常与众不同。由此，天文学家再次认识到，他们对于这些天体的了解，比之前想象的还要少。

对于AT2023fhn的来源，天文学家首先排除了超新星的可能。一方面，超新星通常需要数周或数月的时间才会变暗不可见，与LFBOT的演化不同。另一方面，即使LFBOT是一种由罕见的大质量恒星坍缩引发的超新星爆发，但大质量恒星在演化到超新星之前，只能存活几百万年，所以即便这颗恒星可以被星系中心超大质量黑洞抛出星系、并进入星系际空间，对于恒星来说，几百万年也并不足以使AT2023fhn一路走到现在的位置。

天文学家提出了AT2023fhn的两种可能来源。其一是它可能是恒星被中等质量黑洞（100到1000个太阳质量）撕裂的结果。中等质量黑洞被认为位于一些球状星团的中心，而这些球状星团会分布在星系外围的星系晕中。球状星团很暗弱，研究团队希望可以利用韦布空间望远镜，对AT2023fhn所在位置进行观测，寻找球状星团。另外，AT2023fhn也有可能是千新星，也就是两颗中子星（有时是中子星和黑洞）碰撞产生的爆炸，但目前还没有更多其他证据予以证明。目前，有关AT2023fhn的发现所提出的问题，远多于它给出的答案。天文学家们希望发现更多样本，来找出可能正确的解释。该研究已经被《皇家天文学会月刊》接收。

5. 银河系扭曲的可能原因

众所周知，银河系是一个盘星系，它的常见图像通常是一个类似于黑胶唱片的扁平圆盘。然而，天文学家经过对银河系形状的仔细研究，不但发现银河系的边缘结构是类似于喇叭状的上下卷曲；而且银河系的整个圆盘也不是平坦的，而是存在扭曲，形状就像被用力弯曲过的飞盘。银河系形状的这些特征，在相当长的一段时间内似乎都有点神秘。最近，天文学家终于了解到可能的原因：包围着银河系的暗物质晕与银盘存在着倾斜角度，这可能造成了扭曲的现象。

暗物质占据了宇宙总质量的85%，对于天文学家来说，目前它仍然知之甚少。暗物质不与其他粒子相互作用，实际上不可见，这意味着它不是由构成日常物质的原子所组成。天文学家目前能够推断暗物质存在的唯一方法，是通过它与引力的相互作用、以及它对日常物质和光的影响，比如星系的旋转曲线、引力透镜等，来进行间接测量。事实上，暗物质的存在是一件幸运的事情，比如星系旋转得如此之快，星系中可见物质的引力效应，不足以阻止星系的外部物质飞散，而暗物质就是维持星系的“引力胶”。天文学家目前认为，大多数星系都被暗物质晕所包裹。对于银河系来说，其暗物质晕范围很大，被认为远远延伸到了围绕在银盘周围的恒星晕之外。

去年，研究团队已经计算出，银河系的恒星晕呈现为椭球的形状，并且相对于银盘有一定角度的倾斜。研究团队受此启发，推断银河系的暗物质晕可能也是椭球状的，并且与恒星晕具有相似的倾斜角度。研究团队进而在此次研究中，利用计算机模拟具体分析了倾斜的暗物质晕对银河系形状的影响。倾斜的暗物质晕实际上在计算机模拟中相当常见，但之前没有人探索过它对银河系形状的影响。在模拟了一个倾斜椭球形的暗物质晕包围的星系后，研究人员对其中恒星轨道进行了计算，其结果与银河系的喇叭状边缘和扭曲银盘几乎完美匹配。在该研究前，天文学家提出过几种机制来解释银河系的形状，但没有一个机制能够定量的同时再现它的两个形状特征。而倾斜的暗物质晕很好地给出了答案。

此次的研究也支持了另一个观点，即银河系是通过星系并合而增长的。如果银河系只是自行演化，那么它会拥有漂亮的球形恒星晕，以及漂亮的扁平银盘。然而，银河系的恒星晕实际上是椭球状的，并且是倾斜的，这表明我们的星系就曾经经历了并合事件，此前与其他星系发生过碰撞。此次研究结果发表于2023年9月14日的《自然天文学》杂志上。

6. 首次直接观测到来自宇宙网的光线

天文学家在最新的研究中宣布，他们首次捕捉到了来自宇宙中最大结构的微弱光芒。该结构被称为“宇宙网”，就像是一个连接整个宇宙中星系的纤维网。宇宙网的图像会揭示有关星系形成和演化的宝贵信息，还可以帮助追踪暗物质的位置，而据估计，这些难以捉摸的暗物质占据了宇宙中总质量85%。此项研究结果发表于2023年9月28日的《自然》杂志。

根据宇宙学模拟，发生在约138亿年前的宇宙大爆炸所产生的氢中，其中有超过60%会坍缩形成片状结构。之后，这些片状结构分裂，形成我们今天看到的宇宙纤维网。这些纤维连接着星系，并不断提供气体，以促进星系的成长和其中的恒星形成。之前的研究已经间接的表明，星系是在这些纤维交叉的地方形成的。2014年，天文学家首次利用遥远类星体的辐射对宇宙网进行了成像。2019年，另一项成像工作得到了年轻的产星星系的帮助，它们照亮了周围的宇宙网。这些工作都是间接的对宇宙网进行观测，相当于通过点亮的灯看到了纤维网。而在此次的新研究中，天文学家已经直接拍摄到了处于100亿至120亿光年外的黑暗宇宙深处的宇宙网的光，现在不用灯也能看到它们了。

为了捕捉这些纵横交错的纤维的最新直接图像，由加州理工大学天文学家领导的研究团队，使用了位于夏威夷的凯克天文台的凯克宇宙网成像仪（Keck Cosmic Web Imager）。该成像仪可以追踪氢气的辐射，而氢气是宇宙网的主要组成成分。宇宙网氢气的辐射是非常暗弱的，为了探测到它们，研究团队必须解决光污染的问题。来自宇宙网的暗弱光线很容易与人工光源、天光以及来自银河系的光线所混淆。为此，研究团队决定拍摄两个不同天区的照片，其中宇宙网被认为处于不同的距离。研究人员从一个天区的图像中获取背景辐射，并将其从另一个天区的图像中减去，反之亦然。相减的结果只留下了纤维网的辐射，这为天文学家提供了一种研究宇宙的全新方式。此次全新的宇宙网的直接图像，将有效地帮助天文学家，使他们更深入地理解星系在亿万年中形成和演化的过程。

（责任编辑　卢瑜） a6NdpCXXd3dSovnWJVi7OzKVkVO7bEJX6UFtxm9Q0cV98iYFCBjzjwW710/0skiB