

在御夫座星座的某个地方,一个世界正在走向终结。幸运的是,WASP-12b 是一个不适宜居住的行星,因此所有伤亡将仅限于末日般的巨大气体爆炸。尽管它的腰围是木星的两倍,质量是木星的一倍半,但这颗巨大的系外行星离它的恒星如此之近,以至于它每天(地球日)绕恒星运行一周。它看起来也比刚铺好的沥青还要黑,几乎吸收了所有落到它身上的光并转化为热量。
如此之热、之快、之暗是有代价的:在这种条件下,大气层燃烧得如此剧烈,以至于它无法保持自身完整。“这颗行星太热了,外层被吹胀起来,”普林斯顿大学的天体物理学家Samuel Yee 说。最终,行星大气的一部分会膨胀到离其核心很远的地方,然后落入其饥渴的母星。2010 年,研究人员预测该行星只剩下一千万年的寿命。
但根据新的研究,WASP-12b 可能连这么多时间都没有了。当它逐渐消亡时,一种独立的引力效应也会将这个世界拉向它的恒星,Yee 和他的同事们在他们最新的论文中认为,这可能在 300 万年后就会将行星撕裂。天文学家们早就怀疑像这样的行星,即所谓的“热木星”,应该特别容易遭受这种命运,但 WASP-12b 的死亡螺旋是第一个证实这一点的例子。
研究人员于 2008 年发现了 WASP-12b,因为它经过其母星前方时会使其光线变暗,造成每天闪烁一次。后续观测还表明,行星的热量使其发光,让天文学家能够在其消失在恒星后面时得知。
经过多年多支团队的严格审视,天文学家注意到恒星的闪烁并非完美规律。相反,恒星开始越来越早地变暗。研究人员最初怀疑是否有第二颗未被观测到的行星干扰了 WASP-12b 的轨道,但在进一步观测后,科学界提出了两种可能性:要么行星的轨道是椭圆形的,并且椭圆的尖端也在缓慢地围绕太阳旋转,要么行星正在靠近它的恒星,并且它的轨道正在缩短。
这项新研究发表在《天体物理学报快报》上,解决了这场争论。研究人员报告了来自十次凌星(当行星经过恒星前方时发生)和四次“掩星”(当它滑到恒星后面时发生)的新数据。Yee 说,如果 WASP12-b 的轨道是椭圆形并且在旋转,那么行星消失的时间与凌星的时间会有所不同,因为行星在椭圆轨道中的速度变化更大。通过将他们的新数据与大约 160 次凌星和掩星的历史目录相结合,该团队表明这两起事件都在越来越早地发生——这几乎可以肯定地表明行星的轨道在每次新的轨道中都在缩小。
观测表明,每过一个地球年,行星围绕恒星的公转速度大约会快 30 毫秒。Yee 说,在过去十年中,这些不易察觉的加速已经累积起来,将 WASP-12b 凌星的开始时间总共提前了七分钟多。他和他的同事们预测,在未来三到三年半的时间里(这是该系统十亿年寿命中的一瞬间),这颗行星将如此接近它的恒星,以至于引力增加会将其撕裂。
WASP-12b 即将到来的灭亡标志着系外行星天文学的一个里程碑,并提供了一个难得的机会,通过研究其潮汐来窥视恒星的内部。
这颗外星行星之所以坠向它的恒星,与我们的月球正离地球而去的原因相同。当月球对地球施加引力拉伸时,它会在赤道周围抬高海水,形成一个潮汐隆起。地球的自转速度比月球快,所以这个隆起会比月球稍微靠前一些。所有物体之间都存在引力吸引,而较高的海平面形成的额外质量就像胡萝卜一样被月球拉着,使其转速加快,并被推入更高的轨道。因此,月球每年会远离地球一到两英寸。
WASP-12b 足够大,也足够接近它的恒星,可以像月球对地球一样,在恒星物质本身引起潮汐(潮汐会拉伸整个行星,包括陆地和海洋,使其变成轻微的橄榄球状。不过,这种变化只有在海洋中才对我们可见)。然而,恒星的自转速度比行星慢得多,所以这种潮汐的舞蹈是反过来的。恒星的隆起落后于 WASP-12b,减慢了它的自转速度,并将其拉入一个较低的轨道。
虽然地球的隆起取决于其海洋与洋底的摩擦方式,但 WASP-12b 的黄矮星上的潮汐的确切结构仍然是个谜。Yee 问道:“恒星上没有海洋或表面,到底是怎么回事?”
他说,某种恒星波一定是介导了行星向恒星的能量转移,因此更精确地测量 WASP-12b 的螺旋运动将有助于研究人员掌握其母星的内部结构。该行星目前三百万年的寿命预测已经比简单的计算预测短了大约 10 倍,这表明恒星可能正在耗尽燃料,进入其生命的最后阶段。
从更宏观的角度来看,Yee 和他的同事们想知道潮汐诱导的螺旋是否已经导致其他系外行星消失。去年的研究表明,拥有热木星的恒星往往是年轻的,也许是因为年老的恒星已经摧毁了它们的行星伴侣。Yee 说,其他研究人员推测,某些恒星中重元素的丰度可能是死亡行星的最终归宿。只有对其他近距离环绕的巨行星进行进一步观测,才能帮助科学家更好地理解它们的命运。
“这只是围绕一颗特定恒星的一颗特定行星,”Yee 说,“但随着我们获得更多的例子,我们可以了解这是一种奇怪的情况,还是大多数[热木星]最终都会这样。”