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科学家首次发现围绕白矮星运转的候选行星

新浪科技 2020-09-18

  一颗恒星的死亡并不一定意味着围绕其运转的行星也会迎来末日。现在,科学家可能已经找到了直接的证据,证明行星可以在其母恒星死亡时不受到剧烈影响而存活下来。

  一项新的研究报告称,天文学家发现了一颗巨大行星正围绕一颗白矮星运转的迹象。白矮星具有极高的密度,被认为是中、低质量恒星演化阶段的终点。换言之,它们是恒星死亡后留下的残骸。

  这颗被称为WD 1856的白矮星是距离地球80光年的一个三星系统的一部分。这颗新发现的候选系外行星被称为WD 1856 b,体积与木星相当,大约比白矮星大7倍,每34小时绕白矮星一圈。据估计,WD 1856 b的质量不会超过木星的14倍,其距离白矮星只有4个太阳半径的距离(相当于水星到太阳距离的1/20)。

  美国威斯康星大学麦迪逊分校的天文学助理教授、该研究的主要作者安德鲁·范德伯格在一份声明中说:“WD 1856 b以某种方式,在与白矮星非常近的距离上还能保持完好无损。”

  “白矮星的形成过程会摧毁附近的行星,之后任何靠得太近的行星通常都会被这颗恒星巨大的引力撕裂,”范德伯格说,“对于WD 1856 b如何在没有上述遭遇的情况下到达现在的位置,我们仍然有很多疑问。”

  首次发现这类行星?

  范德伯格及其同事利用美国国家航空航天局(NASA)的凌日系外行星巡天卫星(TESS)的数据,发现了WD 1856 b。TESS通过观察凌日期间的微小亮度变化来寻找系外行星,其主要任务目标是调查地球附近300光年内的恒星系中是否有行星存在。

  在NASA的斯皮策太空望远镜于2020年1月退役前不久,研究团队还利用该天文卫星在红外光下对WD 1856系统进行了研究。斯皮策望远镜的数据显示,WD 1856 b本身并没有发射红外线,表明它是一颗行星,而不是一颗小质量恒星或褐矮星。褐矮星是一类介于最重的气态巨行星和最轻的恒星之间的天体,属于亚恒星天体。不过,WD 1856 b目前还只是候选行星,需要进一步的分析或观察对其进行确认。

  考虑到白矮星形成的过程,我们很难认为白矮星会成为TESS和其他行星搜寻任务的理想目标。当类太阳恒星的氢燃料耗尽时,它们会膨胀成红巨星,吞噬并摧毁邻近轨道上的任何东西。例如,大约50亿年后,当太阳变成一颗红巨星时,它将摧毁水星、金星,也许还有地球。红巨星最终会坍缩成白矮星,其质量通常与太阳相当,但所形成的球体只比地球略大一些。

  因此,科学家相当肯定地认为WD 1856 b并不是在它现在的位置上形成的;这个天体永远都无法在WD 1856的红巨星阶段存活下来。研究小组的计算表明,WD 1856 b在诞生时,距离其主恒星的距离应该是目前所在位置的约50倍,然后向轨道内侧迁移。

  研究作者之一、夏威夷双子星天文台的助理天文学家许偲艺在同一份声明中说:“我们很早就知道,在白矮星诞生后,小行星和彗星等遥远的小天体向内散开在这些恒星周围。它们通常会被白矮星的强大引力撕扯,变成一个碎片圆盘。”

  “这就是当安德鲁告诉我这个系统时,我如此兴奋的原因,”许偲艺表示,“我们也看到了行星可能向内分散的迹象,但这似乎是我们第一次看到一颗行星完整地完成了整个过程。”

  目前,科学家还不清楚是什么推动了WD 1856 b向内移动。研究团队成员在9月16日发表在《自然》杂志在线版上的新研究中写道,可能的原因包括来自WD 1856星系其他两颗恒星的推动作用,或者是与入侵的其他恒星有过短暂互动。

  但是,“最可能的情况是,在WD 1856 b的原始轨道附近,还存在着其他木星大小的天体,”论文合著者、美国加州理工学院的行星科学家朱丽叶·贝克(Juliette Becker)在同一份声明中说,“如此巨大物体的引力影响,很容易产生推动行星向内移动所需的不稳定性。但在这一点上,我们更多只停留在理论层面,数据还不够充足。”研究人员表示,在WD 1856星系中可能存在着其他行星,尽管目前还没有证据表明其存在。

  幸存的岩石行星?

  对行星科学家和天体生物学家来说,WD 1856 b的存在证据有着激动人心的影响。例如,如果一颗气态巨行星能在类太阳恒星死亡后幸存下来,而它又能靠得足够近以吸收大量的热量,那么对一颗类地岩石行星而言,是否也可以如此?

  范德伯格等研究人员在另一篇论文中探讨了这种可能性。这篇论文发表于9月16日的《天体物理学杂志通讯》(The Astrophysical Journal Letters)。由康奈尔大学研究人员丽莎·卡尔特内格和瑞恩·麦克唐纳领导的研究小组利用计算机模型,模拟了詹姆斯·韦伯太空望远镜在WD 1856系统适居带轨道上运行时可能观测到一颗假想的岩石行星。适居带指的是一个合适的轨道距离范围,在这个范围内的行星表面,液态水可以稳定存在。

  詹姆斯·韦伯太空望远镜是一台红外线太空望远镜,原计划于2007年发射升空,但由于各种原因,导致项目严重超支,发射时间数次推迟。目前该望远镜的总耗资已达98亿美元,根据计划,它将于2021年10月发射。研究人员确定,只要詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到5次凌日,就能够发现这颗行星空气中氧气和二氧化碳的特征。

  卡尔特内格目前是康奈尔大学卡尔·萨根研究所的主任,她在声明中说:“更令人印象深刻的是,詹姆斯·韦伯望远镜只需要观察25次凌日,就可以探测到潜在表明该行星上生物活动的气体组合。”

  “WD 1856 b的存在表明行星可能在白矮星形成的动荡历史中幸存下来,”卡尔特内格补充道,“在合适的条件下,这些行星能够维持有利的条件,使生命存活的时间比地球预期的时间更长。现在,我们可以对围绕这些死亡星核运行的行星进行更多的探索,了解更多新奇有趣的可能性。”(任天)

责任编辑:王超

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