【原】行星绕矮星？新发现将带来宇宙新解释，这会振兴物理界吗？

天文在线 2023-04-08 发布于云南

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艺术家对绕白矮星的木星大小的行星的刻画。令人感叹的是，图片中的两个物体实际上规模相当，因为白矮星的大小与地球相当。图源：NASA/JPL

绕白矮星运转的木星大小行星的前所未有的发现表明行星完全有可能在其母星混乱的垂死挣扎中存活下来。

想象一个大约地球大小晦暗的晚期恒星有着一个木星大小的行星每34小时便绕其一周。这将会是一个奇怪的景象：小但密度更大的物体看上去控制着在视觉上不匹配的天体组合。更形象地告诉你这是多奇怪的现象，你可以想象一下白矮星能够成功填充进木星的大红斑里。
这样的系统，根据现在发布的新研究来说，实际上是存在的。

就像堪萨斯大学物理与天文副教授也是这项研究的共同撰写者Ian Crossfield在邮件中解释的那样，这是“行星绕白矮星公转的第一项清楚的发现”。这项发表在Nature杂志上的新研究，是由威斯康辛麦迪逊大学的天文学家Andrew Vanderburg带领研究的。

2015年，这项研究记录了一个独特的发现，一个小型行星，也可能是一个小行星，被其白矮星“主人”粉碎的全过程。这项新发现的独特之处在于这颗行星体积很大，有凝聚力，且在一个相当稳定的轨道里。

在校学生在了解了我们太阳系的最终命运的时候都会感到恐惧。几十亿年后，我们的太阳将会燃料不足，因而导致其膨胀成为一个巨大的红巨星。在此过程中，太阳系里的所有行星——包括地球——，将会被我们臃肿的死星吞噬。当这个阶段完成后，红巨星将会缩小成一个白矮星：一个地球大小但质量有现在太阳的一半的球体。白矮星理论上还是恒星，因为其在冷却的过程中仍会释放光和热，尽管它已经不能再进行核聚变了。
这就是，也将是宇宙中所有相似恒星的命运。天文学家们不确定行星，特别是外行星，是否能够在这个极其具有破坏性的过程中存活，但新研究表明它们可以。这项研究现在可以激发天文学家去研究其他白矮星旁的类似物体。

天文学家们为了发现这颗叫WD 1856b的白矮星使用了证明过有用的凌星法和一些该星系的红外扫描。通过NASA的凌星系外行星巡天卫星宇宙望远镜，团队可以记录白矮星每1.4天的暗淡过程。从我们在地球上的角度来说，这个变暗淡的过程就是一个轨道上的行星在一个恒星前转换的潜在讯号。作者们用NASA的Spitzer宇宙望远镜收集的红外数据证实了这一点（在刚过去的一月卫星退役了）。通过研究红外波长下的该系统，研究人员们发现它其实是一个行星，而不是一个另一个在白矮星轨道上运转的恒星。

艺术家对白矮星极其行星的设想。图源：NASA/JPL-Caltech/NASA戈达德太空飞行中心

“越热的恒星将会释放更多红外线，反之温度较低的行星将释放更少的红外线。”Crossfield说，“我们没有看见额外的红外线，证明我们发现的真的是行星。”
几个地上望远镜也加入了这项研究所必须的证实环节，因为TESS数据已经被临近恒星的光遮住了。
作者们推测WD 1856b在其恒星变成一个红巨星的时候因为两物体间的距离较远而存活了下来。

“如果它开始在我们现在所见的地方的话，它绝无可能存活下来；所以它一定是在离恒星远得多的地方运转的。”Crossfield解释道，“然后，当恒星变成白矮星之后，行星将会离它越来越近。”
研究人员们从模拟中看出这是一个可能的情形：当红巨星吞噬了内行星的时候，WD 1856b的轨道就会变得不稳定，进而导致他进入到一个高度椭圆的轨道里，使行星既可以离它正在死去的母星很近，也可以离它很远。这个轨道在宇宙漫长的演变中逐渐缩小，将行星移到其紧密圆形轨道中。
“我们认为这颗恒星在约60亿年前就死了然后变成了一颗白矮星，远在太阳，地球以及太阳系形成之前。”Crossfield说。

我们问Crossfield一个死星是不是有可能捕捉到流浪行星，无论是在其红巨星时期或者白矮星时期。最近一项研究表明几万亿的流浪行星可能会被银河带走，完美逃离它们曾今围绕着的恒星。
“这是有可能的，但也不是非常可能。”他回答道，“我们在明年James Webb望远镜发射后用它测量完行星的大气层构成后就可以知道了。”
确实，WD 1856b在一个相当稳定且距离适中的轨道里，距离地球仅80光年远，所以在不久的将来，科学家们就可以仔细研究它了。现在关于这个行星，我们能够知道的只有它的大小（约莫木星大小，也可能比木星大），它的公转周期（34小时）和它大概的温度（冰点以下）。未来的观察研究将会“告诉我们它是由什么构成的，如何形成的，或许还有我们为什么能够在目前的位置看到它的原因。”Crossfield说。