人類首次在銀河系以外發現行星的蹤跡

2020-09-25 星空天文

首顆「河外行星」？

M51「渦狀星系（Whirpool Galaxy）」。NASA / ESA

距離地球2300萬光年，位於大熊座的「渦狀星系（Whirlpool Galaxy）」M51，可能會成為人類發現的首顆「河外行星」的所在地。

哈佛-史密森天體物理學研究中心的天體物理學家Rosanne Di Stefano等人最近在論文中稱這顆可能存在的行星為M51-ULS-1b，比土星稍小，圍繞一對雙星運行，距離軌道中心大約10個天文單位（AU）。

雖然自1992年以來人們在銀河系內發現了數千顆行星，且估計銀河系內存在的行星總數超過400億，但是要在銀河系以外的星系中發現行星難度非常大。原因很簡單，因為河外星系距離我們十分遙遠，很難把其中的恆星區分開，更不要說在它們身旁尋找行星。

能夠發現這顆可能存在的「河外行星」也有一點點運氣的成分。它圍繞運行的雙星中有一顆是中子星，甚至有可能是黑洞，正在以驚人的速度吞噬大質量伴星的物質。墜向中子星或黑洞的星塵在此過程中釋放出了大量能量，把這對雙星變成了M51星系中最明亮的X射線源之一。其X射線的亮度相當於太陽所有波段電磁波產出的100萬倍。

由於產生X射線的源頭，也就是中子星或黑洞很小，因此假如有一顆大小如同土星的行星在距離它數十億公裡的地方，在我們的視線上掠過X射線源的表面，是完全可以把X射線源遮掩住的。而這個可能存在的遮掩過程，於2012年9月20日傳到了地球，剛好被錢德拉X射線太空望遠鏡捕捉到。

整個過程持續了大約3小時，在此過程中X射線源逐漸變暗消失，隨後又慢慢出現。但是在當時，研究人員未對這類短時變化進行搜索，因而沒人注意到。

X射線源的這種變化可能有多種原因。一種原因是有一顆小型的類恆星天體，比如白矮星，擋住了它。但是研究人員認為不可能是白矮星，因為這對雙星相對年輕，還不至於在近旁演化出白矮星這類需要較長演化時間的天體。

第二種可能是X射線源本身的自然變化。例如有物質在墜向中子星或黑洞的過程中遮掩了X射線源。但是研究人員認為，這類遮掩過程導致的X射線源亮度變化帶有一種特殊的非對稱性頻率特徵，而這種特徵並沒有出現在觀測數據中。

研究人員認為這次事件帶有典型的凌星特點，且在凌星過程中起到遮掩作用的天體和被遮掩的X射線源大小是相近的。引發此次事件的最有可能是一顆行星。

這是有史以來人類首次在銀河系以外發現行星的蹤跡。而Di Stefano等人認為，第二例很快就會出現，因為他們目前分析的數據只佔錢德拉X射線觀測資料庫的一小部分。M51-ULS-1b是「河外行星」的首個候選者，但不會是最後一個。

參考來源
Astronomers find evidence of an extragalactic exoplanet
https://astronomy.com/news/2020/09/astronomers-find-evidence-of-an-extragalactic-exoplanet
M51-ULS-1b: The First Candidate for a Planet in an External Galaxy
https://arxiv.org/abs/2009.08987

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