天文学家研究太阳系外围矮行星鸟神星时,发现惊人现象。以韦伯太空望远镜(JWST)和其他天文望远镜数据,发现鸟神星在中红外线波段(MIR)发出过量辐射,无法以太阳光加热表面说法解释。

哈勃望远镜拍摄的鸟神星与上方未命名的小卫星。(Source:NASA/ESA and A. Parker and M. Buie, Southwest Research Institute)

鸟神星是已知最大最亮古柏带天体之一。之前观测,科学家利用史匹哲(Spitzer)和赫雪尔(Herschel)太空望远镜观察表面有中红外线辐射过量。然而,测量数据未提供足够分辨率揭示详细机制。韦伯太空望远镜最新观测结果证实此现象,并显示过量辐射温度高达约150K,远高于鸟神星距离太阳52天文单位处的理论温度。研究提出两种可能假设解释:

第一种可能性:鸟神星的“热点”

科学家认为鸟神星表面可能有个“热点”,不断释放热量。热点或许类似土星卫星土卫二的冰火山活动,可将物质从地下带上表面,产生额外热量。这假设热点温度约150K,比太阳光加热正常表面温度高许多。热点面积约半径10公里的小区域,虽然只占鸟神星总表面积小部分,但足以解释中红外线过量辐射。

第二种可能性:鸟神星周围的尘埃环

另一个可能性是,鸟神星周围有个小颗粒组成的环系统。颗粒非常细小,直径只有100-200纳米,由碳质材料构成。由于颗粒小,散热效率低容易升温,使它们能达比环境温度更高的温度,并在中红外线波段发出较强辐射。这尘埃环与外太阳系其他天体,如女凯龙星和妊神星环系统相似,可能是由小型卫星或其他碰撞过程的尘埃形成。

鸟神星的假设环系统随时间演化。小颗粒受太阳辐射压力和坡印廷─罗伯逊(Poynting-Robertson)效应影响,寿命只约十年。如果尘埃环由单事件形成,如一次性喷发或碰撞,则应早就消失,然持续观测显示鸟神星中红外辐射并未随时间减弱,暗示可能有持续物质供应。(Source:Kiss, Csaba et al. “Prominent mid-infrared excess of the dwarf planet (136472) Makemake discovered by JWST/MIRI indicates ongoing activity.” (2024))

两种解释都有趣味之处。持续热点代表鸟神星可能有活跃地质活动,如冰火山,这在遥远天体非常罕见。尘埃环则代表鸟神星周围可能有不寻常环系统,颗粒在太阳系外围天体扮演新角色。研究员强调,还需要更多中红外观测验证两个假设,建议观测鸟神星自转各阶段,以确认是否看到热辐射变化。如果辐射随时间变化,有助支持热点理论;如果辐射稳定,可能更符合尘埃环假设,将来掩星观测也可测试尘埃环是否存在并确认组成和结构。

两种解释不完全互斥,鸟神星热点活动可能导致小颗粒释放和形成环系统,类似土星E环是因土卫二水冰喷发。论文已投稿至《天文物理学快报》并接受审核,线上预印本数据库留存预印版。

(首图来源:NASA)