若流浪恆星闖入太陽系

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作者：賀柏翔

校對：牧夫天文校對組

後期：‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

責任編輯：王啓儒

在過去幾十億年中，太陽系漸漸演變爲一種穩定而可預測的狀態。太陽坐落在太陽系的中央，八大行星圍繞其日夜週轉，年復一年。但偶爾，一些事件可以破壞這樣的穩定關係。

設想一下，一顆恆星離超大質量黑洞很近，並在黑洞的引力作用下被拋出原有系統。被“驅逐”的恆星會作爲一顆流浪恆星（rogue star），在宇宙中游蕩。我們進一步假設：如果一顆流浪恆星進入太陽系，又將會發生些什麼事情呢？（雖然是小概率事件）。

位於船底座的海山二星（宇宙最亮的恆星之一），即是一顆流浪恆星

Image credit: NASA/ESA

近日，一篇發表在《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）的論文對流浪恆星進入距離太陽100天文單位以內的情況進行了模擬，該研究由法國波爾多天體物理實驗室與法國國家科學研究中心共同完成。

流浪恆星（又稱星際恆星或超高速恆星）中的大多數離太陽系很遠。如著名的流浪恆星仙后座王良二（Kappa cassiopeae），距離太陽系足足4000光年，意味着我們之間永遠不會與之發生交集。

高速運行王良二引發的弓形激波

Image credit: NASA/JPL-Caltech

其他的報道，如範德比爾特大學（Vanderbilt University）的天文學家們在2012年共發現675顆流浪恆星，均系與銀河系的超大質量黑洞糾纏後被拋出的。幸運的是，這些流浪恆星的軌道均遠離太陽系。

研究人員解釋說：從統計學出發，在空曠的宇宙中，流浪恆星影響其他恆星系系統的情況極爲罕見。以銀河系及附近空間爲例，約1000億年會發生一次（流浪恆星進入恆星系100天文單位內距離），儘管機率很低，但還是有發生的可能。

研究團隊爲此共進行了約12000次模擬，試圖分析流浪恆星入侵太陽系造成的潛在結局。該模擬從多個角度進行考量，主要變量爲流浪恆星的質量、移速與運行軌跡。

科學家推測流浪恆星HE0437-5439經銀河系中心黑洞被拋出的路徑

Image credit: NASA

結果可能出人意料，如果一顆恆星在距離太陽100天文單位的內經過，那麼太陽系所有8顆行星都有很大的可能存活（概率＞95%）。同時，研究也認真分析行星的潛在毀滅情況，列舉如下：

水星與太陽相撞(概率2.54%)。

火星與太陽相撞(概率1.21%)。

金星撞擊另一顆行星(概率1.17%)。

天王星被拋出(概率1.06%)。

海王星被拋出(概率0.81%)。

水星撞擊另一顆行星(概率0.80%)。

地球撞擊另一個行星(概率0.48%)。

土星被拋出(概率0.32%)。

火星撞擊另一顆行星(概率0.27%)。

地球與太陽相撞(概率0.24%)。

圖像顯示了研究的模擬結果。每個點代表一次模擬運行，點的顏色代表倖存行星的梳理。點的大小與流浪恆星的質量成正比。

Image credit：Raymond et al. 2023

水星最爲“脆弱”，其與太陽相撞的概率最高。其他結果包括地球與金星相撞，冰巨星天王星和海王星的噴射，只有地球和木星倖存，或者只有木星倖存，甚則一次模擬中，八顆行星都被拋出太陽系，研究人員稱之爲“末日情景”。

儘管倖存概率超過95%，但這並非表明個體行星的生存環境不會受到流浪恆星的影響，其運行軌道通常會因流浪恆星的引力擾動而被打亂。在有些嚴重的情況中，行星甚至可以被引力牽引到奧爾特雲（Oort Cloud），距離太陽約50000～100000個天文單位的不毛之地。奧爾特雲的外邊緣標誌着太陽系結構的邊緣，也即太陽引力影響的邊緣。

2022年的明星彗星 C/2022E3 (ZTF) 發源自奧爾特雲

Image credit：Rolando Ligustri

最後談談我們賴以生存的地球。研究人員提出了一系列潛在結局：包括月球撞擊地球，地球與另一顆行星相撞，地球被放逐到奧爾特雲，地球被流浪恆星捕獲等等。

研究人員認爲，除了不受擾動或輕微擾動的安全結局外，地球被流浪恆星捕獲尚存一線生機，其他情況的長期存活則不被看好。當然，上述情形在統計學上的概率都極低。

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蛾眉相的土衛二

Image credit：Reddit

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