天文学家探测到首颗已知的“自杀星球”

系外行星 HIP 67522 b 与其宿主星有着“粘人”的关系。结局不妙。
In this artist's impression we see the planet HIP 67522 b sending a wave of energy down the magnetic field lines towards the surface of its host star. Where the wave meets the end of the magnetic field line at the star's surface, it triggers a massive flare. Credit: Danielle Futselaar (www.artsource.nl/)
在这幅艺术家的想象图中,我们看到行星 HIP 67522 b 沿着磁场线向其宿主星表面发送一波能量。当这波能量到达恒星表面磁场的末端时,会引发一次巨大的耀斑。图片来源:Danielle Futselaar

系外行星 HIP 67522 b 的前景并不乐观。在接下来的 1 亿年里,强大的磁场和破坏性的 宇宙辐射 将继续侵蚀这颗遥远的行星,使其从目前 木星大小的质量 缩小到 海王星 的大小。但这些末日般的状况并非由附近的 黑洞 造成。相反,它们是天文学家所描述的系外行星与其宿主星之间“粘人”关系的后果。

“我有一百万个问题,因为这是一个全新的现象,所以细节还不清楚,”荷兰射电天文学研究所(ASTRON)的研究员 Ekaterina Ilin 在一份声明中说。

Ilin 和她的同事在一项于 7 月 2 日发表在《自然》杂志上的研究中,描述了这颗已知首颗“寻死”行星,尽管它长期以来一直被理论化但从未被观测到。

Astronomers using the European Space Agency's Cheops mission have caught a clingy exoplanet that seems to be triggering flares of radiation from the star it orbits. These tremendous explosions are blasting away the planet's thick atmosphere, causing it to shrink every year. This infographic explains the process. Credit: ESA
欧洲空间局(ESA)的 Cheops 任务的天文学家们发现了一颗粘人的系外行星,它似乎正在引发其轨道恒星的辐射耀斑。这些巨大的爆炸正在炸毁行星浓厚的大气层,使其每年都在缩小。这张信息图解释了这个过程。图片来源:ESA

天文学家们多年来一直使用 NASA 的 詹姆斯·韦伯太空望远镜凌日系外行星巡天卫星(TESS)等高科技工具对这颗系外行星及其宿主星 HIP 67522 进行了研究。他们已经知道 HIP 67522 比我们 45 亿岁的太阳稍大且温度较低,但它也年轻得多,只有 1700 万岁。HIP 67522 也比太阳活跃得多,并且经常发出更强的能量耀斑。它还拥有两颗行星,但 HIP 67522 b 的轨道比其同伴更快,只需七天就能完成一周的公转。

“我们以前从未见过像 HIP 67522 这样的系统;这颗行星被发现时,是已知围绕其宿主星运行周期小于 10 天的最年轻行星,”Ilin 解释道。

知道这一点后,Ilin 的团队决定进一步近距离观察 HIP 67522 b,并向欧洲空间局(ESA)的系外行星卫星 CHEOPS 求助。CHEOPS 能够瞄准并观测单个恒星,很快就记录下了 HIP 67522 发出的间歇性耀斑。

“通过 CHEOPS,我们看到了更多的耀斑,总数达到了 15 个,几乎所有耀斑都是在我们观测到行星从恒星前方经过时朝着我们这个方向发出的,”Ilin 说。

这种相关性暗示恒星与行星之间的相互作用直接导致了耀斑。但这个可能性存在一个问题:天文学家长期以来一直认为恒星只与其宿主行星独立运行。那么,这怎么可能呢?

“我们发现 HIP 67522 中的 15 个耀斑聚集在一起……[表明]该系统中存在持续的恒星-行星磁相互作用,”作者在他们的研究中写道。

物理学也支持这一理论。考虑到 HIP 67522 b 极近的轨道,如果其恒星拥有强大的磁场,这种相互作用是可能的。鉴于 HIP 67522 的年龄,这几乎是肯定的。

Being bombarded with so much high-energy radiation does not bode well for HIP 67522 b. The planet is similar in size to Jupiter but has the density of candy floss, making it one of the wispiest exoplanets ever found. Over time, the radiation carried by the flares is eroding away the planet's wispy atmosphere, meaning it is losing mass much faster than we thought. In the next 100 million years, HIP 67522 b could go from an almost Jupiter-sized planet to a much smaller Neptune-sized planet. Credit: Janine Fohlmeister (Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam)
遭受如此大量的高能辐射轰击,对 HIP 67522 b 来说不是好兆头。这颗行星的尺寸与木星相似,但密度却像棉花糖一样,使其成为迄今发现的最轻盈的系外行星之一。随着时间的推移,耀斑携带的辐射正在侵蚀这颗行星稀薄的大气层,这意味着它的质量损失速度比我们想象的要快得多。在接下来的 1 亿年里,HIP 67522 b 可能会从一颗接近木星大小的行星缩小到一颗小得多的海王星大小的行星。图片来源:Janine Fohlmeister(波茨坦莱布尼茨天体物理研究所)

目前的理论是,当行星在其轨道上积聚能量时,其中一部分会沿着恒星的磁场线以波的形式重新定向,就像甩鞭子一样。一旦波到达磁场线的末端,它就会引发一次主要的能量耀斑。

然而,大部分强大的宇宙射线并没有简单地被抛入太空深处,而是被重新定向回 HIP 67522 b 本身,其辐射强度是如果它在更远的距离绕轨道运行时强度的六倍。

“这颗行星似乎正在引发特别具有能量的耀斑,”Ilin 补充道。“它沿着恒星磁场线发送的波在特定时刻引发了耀斑。但耀斑的能量远高于波的能量。我们认为这些波正在引爆那些一触即发的爆炸。”

这意味着在接下来的 1 亿年里,所有这些破坏性能量将侵蚀已经稀薄的大气层,并缩小行星的总质量。最终,这种大气侵蚀将是 HIP 76522 b 的末日。

幸运的是,像 Ilin 这样的天文学家有充足的时间继续研究这一前所未有的新发现。研究人员希望通过确定每次耀斑释放的具体能量类型来跟进他们的观测。与此同时,他们打算搜寻类似的恒星-行星系统,看看是否还有其他宇宙中的“寻死”行星。

 

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