天文學家發現了一個差不多與宇宙一樣古老的「超級地球」

2021-01-15 科技領航人

事實證明,行星確實可以生存很長時間。圍繞銀河系中最古老的恆星之一,一個距地球僅280光年的名為TOI-561的橙色矮星,天文學家發現了三個繞行行星系外行星——其中一個是巖石世界,其大小是地球的1.5倍,在10.5小時的高速軌道上繞恆星飛行。

顯然,離地球如此近的系外行星不太可能是可居住的,即使它像地球、金星和火星一樣巖石。它的溫度為2,480開爾文,在永久白日的一側被潮汐帶鎖著巖漿海洋。

但是TOI-561系統(包括行星和所有行星)是有史以來最古老的系統之一,估計壽命約為100億年。

這大約是太陽系的兩倍多,幾乎和宇宙本身一樣古老,並且有證據表明巖石系外行星可以在很長一段時間內保持穩定。

「 TOI-561 b是迄今發現的最古老的巖石行星之一。」夏威夷大學的天文學家勞倫·魏斯說,「它的存在表明,宇宙自140億年前形成以來,幾乎一直在形成巖石行星。」

這三顆行星名為 TOI-561 b、TOI-561 c 和 TOI-561 d,由美國宇航局的行星搜尋太空望遠鏡TESS確認。TESS凝視著天空的一部分,尋找遙遠的恆星的光周期性的微弱下降。當一顆行星經過我們和它的恆星之間時,會使得恆星的光發生微弱變化,我們把這過程叫做行星過境。

從這些數據和後續觀察中,天文學家能夠確定三個系外行星的軌道周期和大小。TOI-561 d(最外層)大約是地球大小的2.3倍,軌道周期為16.3天。TOI-561c的體積是地球的2.9倍,軌道周期為10.8天。TOI-561b的體積是地球的1.45倍,軌道周期僅超過10.5小時。

該小組還進行了徑向速度測量。當行星繞著恆星運行時,該恆星不會靜止不動。每個系外行星都會在恆星上施加自己的引力,從而行星和恆星產生一個複雜的舞蹈,當我們觀察恆星移向和移離我們時,它會壓縮並拉伸恆星的光線。

如果我們知道恆星的質量,就可以觀察到恆星響應系外行星的引力而移動了多少,並計算了系外行星的質量。據此,研究人員計算出TOI-561b約為地球質量的三倍,但是它的密度與地球大約相同,約為每立方釐米五克。

「這令人驚訝,因為您期望密度更高。」加州大學裡弗賽德分校的行星天體物理學家史蒂芬·凱恩說,「這與地球極其古老的觀念是一致的。」

這是因為宇宙中較重的元素——比鐵重的金屬——是在恆星的心中、在巨大恆星生命盡頭的超新星中鍛造的,以及巨大的死星之間的碰撞。只有當恆星死亡並擴散到太空時,它們才能被吸收到其他天體中。

因此,宇宙中最古老的恆星的金屬非常貧乏。例如,TOI-561的金屬性低。而且,在較早的宇宙中形成的任何行星也應具有較低的金屬性。

先前的研究表明,巖石行星的形成具有較低的金屬性極限,因為較重的元素不太可能被恆星輻射蒸發,因此在恆星盤中存活的時間足夠長,可以聚在一起形成行星。

找到像TOI-561b這樣的行星可以幫助約束這些模型,進而可以幫助我們定位更古老的巖石系外行星。

凱恩說:「儘管今天不大可能有人居住這個特殊的星球,但它可能是許多巖石世界的預兆,但尚未在我們銀河系最古老的恆星周圍被發現。」

這可以幫助我們尋找可居住的世界。地球大約有45億年的歷史,最早的生命跡象被認為大約有35億年的歷史。然而,直到大約5億年前,脊椎動物才出現在化石記錄上。

我們知道,複雜的生活需要時間才能出現。因此,科學家們認為,如果我們想找到比古細菌或微生物更複雜的生命,那麼壽命長且相對穩定的行星將最有可能是好客的。

因此,儘管TOI-561b並不是一個好去處,但它構成了另一個線索,可以幫助我們狂熱地尋找宇宙中的其他生命。

該小組的研究成果在美國天文學會的第237次會議上進行了介紹。它也已被《天文學雜誌》期刊接受,可在arXiv上查看閱讀。

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