天文學家發現了第一顆圍繞白矮星運行的行星

2020-09-22 知新了了


藝術家描繪了一顆木星大小的行星圍繞著一顆白矮星運行。


天文學家們發現，一顆木星大小的行星正繞著一顆白矮星運行。這一前所未有的發現表明，行星有可能可以在它們的母恆星劇烈的死亡爆發中倖存下來。

想像一下，一顆大約和地球大小相當的、昏暗的晚期恆星，每34小時就有一顆巨大的木星大小的行星圍繞它運行，這絕對是一個奇怪的景象。較小但密度更大的天體，似乎控制著視覺上根本不匹配的天體形態。一顆白矮星小到可以裝進木星的大紅斑內，這讓你感覺這個恆星系統看起來無比奇怪。

根據最近發表的一項新研究，這樣奇怪的系統確實存在。堪薩斯大學（University of Kansas）的科學家表示，這是「首次明確發現圍繞白矮星運行的行星」。這項新的研究發表在「自然」雜誌上，由威斯康星大學麥迪遜分校的天文學家安德魯·范德伯格領導。

2015年，範德堡領導的一項自然研究記錄了發現一顆小行星，或者可能是一顆小行星，這顆小行星正在被其白矮星宿主撕碎。新的發現是獨一無二的，因為這顆行星很大，有凝聚力，並且處於相當穩定的軌道上。

我們都知道我們太陽系最終的命運。幾十億年後，我們的太陽將開始耗盡燃料，導致它膨脹成一顆巨大的紅巨星。在這個過程中，包括地球在內的所有內行星，都將被我們膨脹的垂死恆星吞噬。一旦這一階段結束，紅巨星將縮小成一個白矮星 —— 一個大約和地球一樣大但質量只有現在太陽一半的球體。從技術上講，這顆白矮星仍然是一顆恆星，在繼續冷卻的過程中，它仍然會釋放出一些光和熱，儘管它將不再能夠進行核聚變。

在整個宇宙中，類似的恆星的命運一直如此，將來也將如此。天文學家不確定行星，尤其是外行星，是否能夠在這個高度分裂的過程中存活下來，但新的研究表明：它們可以。這一發現將激勵天文學家在其他白矮星周圍尋找類似的天體。

為了探測這顆名為WD 1856b的白矮星，天文學家們使用了可靠的凌日方法，並對該系統進行了紅外掃描。利用NASA的Tess太空望遠鏡，該團隊每1.4天記錄一次白矮星變暗的情況。從我們在地球上的角度來看，這種變暗是一個潛在的跡象，表明有一顆繞軌道運行的行星正從一顆恆星的前面經過。科學家用NASA的斯皮策太空望遠鏡，在今年1月退役前收集的紅外數據也證實了這一點。通過紅外波長分析這個系統，研究人員發現這是一顆行星，而不是另一顆恆星，正在白矮星周圍的軌道上運行。


藝術家對白矮星(前面)及其行星的構想。


科學家告訴我們，溫度較高的恆星會發射出大量紅外光，而溫度較低的行星則會發射出較少的紅外光。我們沒有看到額外的紅外線，這有助於確認這一新發現是一顆真正的行星。

幾臺地面望遠鏡也被用來確認這些觀測結果，這非常必要，因為附近的恆星發出的強光使TESS太空望遠鏡的數據蒙上了陰影。

科學家推測，WD 1856b在其恆星轉變為紅巨星的過程中倖存下來，是因為這兩個天體之間的距離太大。如果，這顆行星是從我們現在看到它的地方開始的，它就不可能存在。它的軌道一定離恆星遠得多。後來，當恆星變成白矮星後，這顆行星一定離恆星更近了。

研究人員進行的模擬表明，這是一種可能的情況：當紅巨星吞噬內行星時，WD 1856b的軌道變得不穩定，導致它進入一個高度橢圓的軌道，使這顆行星既離它死去的母恆星非常近，也離它非常遠。在宇宙的時間尺度中，這個軌道縮小了，使行星進入了它目前緊湊的圓形軌道。

科學家表示，我們認為這顆恆星大約在60億年前死亡並變成了白矮星 —— 時間太久了，以至於太陽、地球和太陽系還沒有形成。」

那麼，這顆垂死的恆星是否有可能俘獲了一顆遊蕩行星，要麼是在它的紅巨星階段，要麼是在白矮星階段。最近的一項研究表明，數以萬億計的流浪行星可能正在穿越銀河系，脫離了它們曾經環繞的恆星的束縛。

科學家們表示，這不是不可能，但也不是特別可能。一旦明年晚些時候，我們就可以用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡測量這顆行星的大氣成分，從而確定這一點。

事實上，WD 1856b在一個相當穩定的軌道上，它離地球也相當近，大約80光年，所以在未來幾年科學家應該有可能對它進行研究。關於這顆行星，我們唯一知道的是它的大小（大約是木星的大小，但可能更大），它的軌道周期（34小時）和大約的溫度（遠低於冰點）。

科學家表示，未來的觀測可以「告訴我們更多關於它是由什麼組成的，它是如何形成的，也許還能告訴我們它是如何到達我們今天看到的位置的。」

有趣的是，白矮星還會經歷其他的轉變，變成更暗的棕矮星，最終變成不再釋放任何光和熱的黑矮星。最近的研究表明，這些黑矮星中最大的那顆最終會爆炸成為超新星，但那要到數萬億年後才會發生。

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