當(dāng)太陽變成紅巨星后，僅依靠光，就能把冥王星之外的小行星炸碎！

像太陽這樣的恒星演變成“紅巨星”時(shí)將變得足夠明亮，僅憑光就能將周圍小行星“炸”成較小的碎片。紅巨星恒星演化階段結(jié)束時(shí)發(fā)出的電磁輻射，在演變成白矮星之前只持續(xù)了幾百萬年。

其強(qiáng)度將足以使遙遠(yuǎn)的小行星高速旋轉(zhuǎn)，直到它們一次又一次地撕裂自己。因此，我們太陽系的小行星帶在數(shù)十億年后也很容易被太陽粉碎，華威大學(xué)天文學(xué)家的這項(xiàng)新研究發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

研究分析了連續(xù)破裂事件的數(shù)量以及這種級(jí)聯(lián)發(fā)生的速度，一個(gè)這樣的恒星系統(tǒng)中除了最遠(yuǎn)或最小的小行星外，所有的小行星都將在相對(duì)較短的100萬年內(nèi)解體，留下天文學(xué)家可以在死亡的白矮星周圍找到和分析的碎片。

其中一些碎片可能是“雙小行星”的形式，當(dāng)它們繞太陽運(yùn)行時(shí)，它們圍繞著彼此旋轉(zhuǎn)。在像我們太陽這樣的主序星燃燒完所有氫燃料后，體積將在“紅巨星”階段變得很多倍大，光度增加一萬倍，發(fā)出強(qiáng)烈的電磁輻射。

當(dāng)這種膨脹停止時(shí)，恒星就會(huì)脫落外層，留下一個(gè)被稱為白矮星的致密核心。來自恒星的輻射，將被軌道上的小行星吸收，在內(nèi)部重新分布，然后從不同的位置發(fā)射，造成不平衡。

這種不平衡產(chǎn)生了一個(gè)扭矩效應(yīng)，它會(huì)非常緩慢地使小行星旋轉(zhuǎn)起來，最終達(dá)到每2小時(shí)一次全轉(zhuǎn)的破碎速度（地球幾乎需要24小時(shí)才能完成一周的自轉(zhuǎn)）。這種效應(yīng)被稱為YORP效應(yīng)，以四位科學(xué)家(Yarkovsky，O‘Keefe，Radzievskii，Paddack)的名字命名。

因?yàn)樗麄儗?duì)這一概念做出了貢獻(xiàn)，最終，這個(gè)力矩會(huì)把小行星拉成更小的碎片。然后，這個(gè)過程會(huì)分幾個(gè)階段重復(fù)，就像經(jīng)典街機(jī)游戲“小行星”在每次破壞事件后，都會(huì)分解成越來越小的小行星一樣。

科學(xué)家們計(jì)算出，在大多數(shù)情況下，在碎片變得太小而不會(huì)受到影響之前，會(huì)有十多次“裂變”事件。主要作者、來自華威大學(xué)天文學(xué)和天體物理學(xué)小組的迪米特里·維拉斯博士說：當(dāng)一顆典型的恒星到達(dá)紅巨星階段時(shí)，其光度達(dá)到太陽光度1000到10000倍的最大值。

然后恒星很快收縮成地球大小的白矮星，亮度下降到低于太陽的水平。因此，YORP效應(yīng)在巨型分支階段非常重要，但在恒星變成白矮星后幾乎不存在。對(duì)于一個(gè)太陽質(zhì)量的紅巨星演變，即使是外行星帶的類似物也將被有效地摧毀。

這些系統(tǒng)中的YORP效應(yīng)非常猛烈，迅速，大約是一百萬年，我們太陽系的小行星帶不僅會(huì)被摧毀，而且會(huì)迅速而猛烈地完成，而且完全是因?yàn)槲覀兲栄葑兂杉t巨星后的光。

這些小行星的殘骸最終會(huì)在白矮星周圍形成一個(gè)碎片圓盤，該圓盤會(huì)被吸進(jìn)恒星，‘污染它’。天文學(xué)家可以從地球探測到這種污染，并對(duì)其進(jìn)行分析以確定其成分。

這些結(jié)果有助于定位紅巨星和白矮星行星系統(tǒng)中的殘骸區(qū)域，這對(duì)確定白矮星是如何受到污染至關(guān)重要。需要在恒星變成白矮星時(shí)知道殘骸在哪里，才能理解圓盤是如何形成的。因此，YORP效應(yīng)為確定殘骸將從哪里產(chǎn)生提供了重要背景。

當(dāng)太陽在大約60億年后死亡并耗盡燃料時(shí)，它也會(huì)脫落外層，坍塌成一顆白矮星。隨著它光度的增加，它將以越來越強(qiáng)的輻射“轟炸”小行星帶。使小行星受到Y(jié)ORP效應(yīng)的影響，并將它們分成越來越小的碎片，就像在“小行星”游戲中一樣。

大多數(shù)小行星都是所謂的“碎石堆”，即松散地結(jié)合在一起的巖石集合，這意味著它們內(nèi)部的力很小。然而，較小的小行星具有更大的內(nèi)部強(qiáng)度，雖然這種效應(yīng)會(huì)相當(dāng)快地分解較大的物體。

但碎片會(huì)在直徑約1-100米的物體上穩(wěn)定下來。一旦“紅巨星”階段開始，這一過程將有增無減，直到達(dá)到這一平臺(tái)期。這種影響隨著離恒星距離的增加和小行星內(nèi)部強(qiáng)度的增加而減弱。

YORP效應(yīng)可以使數(shù)百個(gè)天文單位外的小行星碎裂，比海王星或冥王星所在的地方要遠(yuǎn)得多。然而，YORP效應(yīng)只會(huì)影響小行星，比冥王星大的天體可能會(huì)逃脫這種命運(yùn)，因?yàn)樗鼈兊拇笮『蛢?nèi)部力，除非它們被另一個(gè)過程分解，比如與另一個(gè)行星的碰撞。

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博科園｜研究/來自：華威大學(xué)

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz3565

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