一颗新发现的围绕死亡恒星运行的行星,让我们得以一窥地球的未来

一个与我们太阳系相似的星系……在地球被摧毁之后。
白矮星是正在缓慢冷却的小型恒星,因为它们不再燃烧核燃料。W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko

天文学家团队发现了一颗已知为白矮星的死恒星的残骸,以及一颗类似木星的幸存系外行星。

该团队使用了一种名为微引力透镜的技术,天文学家会等待两颗恒星从地球上看完美地对齐,然后观察来自遥远恒星的光线如何被较近恒星的引力拉扯而弯曲。

白矮星是正在缓慢冷却的小型恒星,因为它们不再燃烧核燃料。在接近死亡时,像我们的太阳一样的恒星会膨胀成红巨星,然后喷射出外层,只留下一个微小、致密的核心:白矮星。塔斯马尼亚大学天文学家、该研究负责人乔舒亚·布莱克曼说,这个残骸代表了“我们认为将在大约八十亿年后发生在我们的太阳系中的情况”。这些发现已发表在《自然》杂志上。

布莱克曼说,当太阳膨胀成红巨星时,它会“摧毁水星、金星,很可能在路上还会摧毁地球”,然后收缩成白矮星。

布莱克曼说,微引力透镜需要观察穿过恒星的光线是如何被扭曲的。通过观察恒星如何改变穿过的光线,天文学家可以弄清楚“系统的几何结构”,了解恒星的质量以及可能绕其运行的系外行星。

亚利桑那大学天文学家和行星科学家丹尼尔·阿派(Dániel Apai)表示,这是一种间接的测量方法,但他“该团队进行了非常彻底的分析”,这项研究令人信服。阿派没有参与这项研究,他负责美国宇航局的外星地球系外行星研究项目。

2010年发生的微引力透镜观测需要一个望远镜网络,尽管当时的数据告诉团队恒星及其系外行星的质量,但并未提供直接图像。因此,多年后,该团队使用夏威夷的凯克天文台(那里拥有世界上最大的光学望远镜之一)进行了后续观测,试图直接观测恒星本身。该团队不得不等到(促成微引力透镜观测的)合日结束,两颗恒星在天空中足够分开,他们才能清晰地看到彼此,从而确定它们的亮度和大小。

布莱克曼说,根据微引力透镜数据,该团队“强烈表明那里有一颗质量约为木星的行星,以及一颗恒星”。但令人费解的是,他们使用凯克天文台却未能发现这颗恒星。

望远镜应该足够强大,可以观测到那个距离的任何典型恒星。最终,他们意识到无法探测到这颗恒星并非设备故障,而是意味着这颗恒星太暗而无法看见。这只剩下几种可能的解释。

布莱克曼说:“它可能是一颗白矮星……一个黑洞,或者一颗中子星。”但他补充说,微引力透镜观测表明该天体质量应小于我们的太阳,而目前没有已知的形成方式能产生如此小的黑洞或中子星,因此白矮星是最合理的解释。

布莱克曼表示,未来,该团队希望使用哈勃或詹姆斯·韦伯太空望远镜直接观测这颗白矮星,这两者“都能看到足够深邃的宇宙,使我们能够直接观测到来自白矮星的光。”

但是,为什么在白矮星周围发现行星如此特别?

首先,这种情况非常罕见。据布莱克曼称,这是首次使用微引力透镜发现白矮星,也是有史以来第五颗发现系外行星的白矮星。

布莱克曼说,作为我们未来的一扇窗户,其他白矮星都不能令人信服地作为太阳的替代品。其中两颗系外行星离它们的白矮星非常近,距离只有水星绕太阳运行距离的一小部分。天文学家不知道它们是如何到达那里的,但我们的行星离太阳并没有那么近。

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另一颗系外行星绕着一颗白矮星和一个脉冲星(或脉动中子星)运行。这很酷,但不是我们后院里的景象。布莱克曼说,最后一颗行星离它的白矮星太远了,以至于天文学家甚至不确定它是否属于那颗恒星,因此没有一个适合作为类比。

布莱克曼团队发现的这个系统是一颗孤立的恒星,围绕它运行着一颗质量比木星大约40%的巨行星,运行轨道与木星相似。布莱克曼说,这颗行星“或多或少完整地”度过了恒星的死亡。这一发现是关于我们的外层行星可能在太阳死亡后幸存下来的第一个确凿证据。

布莱克曼说:“我们预计木星和土星能够幸存下来(在太阳死亡后),但我们没有直接证据证明这一点。”他说,如果到八十亿年后地球还没有被摧毁,“它将充满熔岩湖,变得非常不适宜居住。”

他说,这个对白矮星的窥视是一种试运行,“这是首次使用微引力透镜探测到白矮星行星”,但随着计划在2020年代中期推出的罗马空间望远镜,科学家们希望找到数百颗这样的行星。

 

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Leto Sapunar

特约撰稿人,科学

Leto Sapunar是一名自由撰稿的科学记者,自2020年起报道物理学、太空、气候和科学问责。他自2021年初以来一直在为《流行科学》撰稿,他的作品还刊登在《科学美国人》、《内幕气候新闻》和Retraction Watch等出版物上。工作之余,他会写科幻小说或进行攀登运动。


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