天文科普:垂死的恒星周围也可能孕育出生命
来源:环球科学
发布时间:2020-09-22
浏览次数:1848
行将就木的白矮星,甚至有可能“回光返照”,孕育宜居带中的新生命。

 

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研究发现一颗巨行星围绕一颗小不点白矮星飞速旋转。(图片来源:NASA’s Goddard Space Flight Center)

 

撰文 | Eric Hamilton

翻译 | 张和持

审校 | 罗丁豪 吴非

 

在地球上与太空中的众多望远镜的帮助下,一支国际研究团队发现了一颗与木星大小相当,围绕着白矮星飞速旋转的行星。这个距离我们80光年的天体系统,违反了目前关于恒星与行星的已有认知。这颗白矮星是一颗类似太阳的恒星的残骸,萎缩到跟地球一般大小,质量却足足有太阳的一半。巨大的行星绕着这颗小不点恒星旋转。因为轨道与恒星近在咫尺,所以旋转一周只需34小时——相比之下,在太阳系中,就连最近的水星旋转一周也需要90天。

 

尽管此前已经有零星的证据指向绕白矮星旋转的巨行星,这项新的发现首次确切证实了这种奇妙组合的存在。这凸显出恒星系统几种不同的演化方向,而我们或许能从中窥视太阳系的命运。这样,行将就木的白矮星,甚至有可能“回光返照”,孕育宜居带中的新生命。

 

领导这项研究的安德鲁·范德伯格(Andrew Vanderburg)称:“我们从没见过离白矮星这么近却还完好无损的行星。”范德伯格最近成为了威斯康星大学麦迪逊分校的一名助理教授,此前则是得克萨斯大学奥斯汀分校的研究员,这项工作正是在此期间完成的。

 

范德伯格率领着一个庞大的国际天文学家团队,负责分析数据。这些数据来自于NASA的系外行星搜索望远镜(TESS),以及加那利群岛(Canary Islands)上的两台大型地面望远镜。

 

范德伯格本来是想要研究白矮星,顺便看看它们的行星的。白矮星是太阳大小的恒星在耗尽了核聚变燃料之后留下的残骸。当范德伯格还是一名研究生的时候,曾核查过开普勒空间望远镜(Kepler space telescope)记录的数据,并偶然发现了一颗被碎屑云环绕着的白矮星。

 

范德伯格说道:“后来我们发现,那其实是一颗微型行星或小行星。我们观察的是它正被撕成碎片的时候,这可太酷了。”恒星向白矮星演化的过程拉近了行星旋转的轨道,使得行星在引力的作用下被彻底摧毁。

 

从那以后,范德伯格就一直很好奇,是否会有行星,尤其是巨行星,能撑过恒星死亡的过程呢?

 

通过检索由TESS搜集的数千个白矮星系统的数据,研究人员发现,有一颗恒星每隔一天半,亮度都会短暂减半,这样的迹象表明,似乎有什么大东西沿着临近的轨道,飞快掠过恒星的表面。但要阐释这些数据却是一件难事,因为附近一颗恒星的光对TESS的观测造成了干扰。为了克服这一困难,天文学家们用更高分辨率的地面望远镜对TESS的数据进行补充。

 

范德伯格说:“一旦干扰能得到控制,他们只用了一晚的时间,就得到了比之前一个月的观测要干净得多的数据。”由于白矮星比一般的恒星小得多,大型行星掠过其表面时会挡住不少光。这样一来,地面望远镜反而更容易观测。

 

数据表明,有一颗与木星大小相当(或者略大)的行星,在距离恒星相当近的轨道上旋转。范德伯格的团队确信,这颗气态巨行星本来离恒星要远得多,是恒星演化为白矮星的过程,将它拖到了如此之近的位置。

 

那么现在的问题就是:这颗行星是怎么躲过被撕碎的命运的?此前用来解释白矮星与行星相互作用的模型,到这里似乎不太管用了。

 

研究人员的新模型有望揭开这一谜团。当恒星的核燃料消耗殆尽,它会逐渐膨胀为一颗红巨星,吞噬周边的行星,并同时破坏较远的类木行星的轨道稳定性。新的轨道是一个被拉长的椭圆形,其最窄处非常接近萎缩后的白矮星,而最宽处则非常遥远。

 

随着时间流逝,白矮星和行星之间的作用逐渐耗散掉了能量,最终将行星引向一个紧致的圆形轨道,只需一天半就能环绕白矮星一周。这个过程耗时漫长——需要数十亿年。这颗白矮星起码有60亿岁,是TESS观测到的最古老的白矮星之一。

 

虽然白矮星已不再进行核聚变,它们仍然能在冷却的过程中发光发热。因此,其附近有可能存在宜居带,即液态水可能存在的区域;而液态水或许能让生命诞生并繁衍。

 

既然研究已经证明了这类系统的存在,我们就有了一个找寻其他生命形式的诱人途径。白矮星-行星系统的独特结构提供了一个理想的机遇:我们可以研究在绕白矮星旋转的行星上,大气的化学特征。这或许能协助我们发现遥远星系中生命存在的线索。

 

原文链接:

https://phys.org/news/2020-09-reveals-enormous-planet-quickly-orbiting.html

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