一顆巨大的行星圍繞著白矮星旋轉(zhuǎn)

◎天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了一顆巨行星圍繞白矮星運(yùn)行的間接證據(jù);

◎這顆地球大小的白矮星距離地球1200光年，而這顆行星是其4倍多，也是第一顆被發(fā)現(xiàn)的繞白矮星旋轉(zhuǎn)的行星;

◎在這顆類(lèi)似海王星的行星上，一個(gè)彗星狀的氣體尾巴正被它所環(huán)繞的熾熱白矮星蒸發(fā)掉;

◎在其他熾熱的白矮星中，“蒸發(fā)”巨行星的蹤跡可能很常見(jiàn)。

近日，英國(guó)華威大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員利用歐洲南方天文臺(tái)(ESO)的甚大望遠(yuǎn)鏡，在一顆白矮星周?chē)l(fā)現(xiàn)了一團(tuán)神秘的氣體。這個(gè)氣盤(pán)含有極有可能來(lái)自這顆行星的氫、氧和硫混合物。這是研究人員首次發(fā)現(xiàn)與白矮星有關(guān)的巨行星的證據(jù)。

白矮星是類(lèi)太陽(yáng)恒星爆炸殘余，在近距離內(nèi)，巨行星的大氣層被剝離，在白矮星周?chē)纬闪艘粋€(gè)氣體圓盤(pán)。而這個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng)暗示了太陽(yáng)系在遙遠(yuǎn)的未來(lái)可能是什么樣子。相關(guān)論文近日刊登于《自然》。

該研究負(fù)責(zé)人、華威大學(xué)的Boris G nsicke 說(shuō)：“這是一個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)。”

不同尋常之處

白矮星由一些恒星演化而來(lái)。質(zhì)量與太陽(yáng)差不多的一些恒星在燃料枯竭后會(huì)首先膨脹為紅巨星，最后演化成一顆白矮星。到目前為止，還沒(méi)有證據(jù)表明行星能在恒星轉(zhuǎn)變?yōu)榘装堑倪^(guò)程中幸存下來(lái)。

而這顆名為WDJ0914+1914的白矮星似乎有些不同尋常。

研究小組檢查了大約7000顆斯隆數(shù)字巡天項(xiàng)目觀測(cè)到的白矮星，發(fā)現(xiàn)其中一顆與其他的都不一樣。通過(guò)分析來(lái)自該恒星光線的細(xì)微變化，他們發(fā)現(xiàn)了微量的化學(xué)元素，其數(shù)量是科學(xué)家以前從未在白矮星上觀察到的。

他們?cè)跀?shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了非常微小的氫峰值，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了氧和硫峰值，這是以前從未見(jiàn)過(guò)的。

“我們認(rèn)為在這個(gè)星系中一定有什么異常的東西，并推測(cè)它可能與某種類(lèi)型的行星遺跡有關(guān)。”G nsicke告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

為了更好地了解WDJ0914+1914的特性，研究小組用位于智利阿塔卡馬沙漠甚大望遠(yuǎn)鏡上的X射線發(fā)射器對(duì)其進(jìn)行了分析。通過(guò)研究光譜細(xì)節(jié)，研究小組發(fā)現(xiàn)這些元素是從一個(gè)氣體盤(pán)中旋轉(zhuǎn)進(jìn)入白矮星的，而不是來(lái)自恒星本身。

智利瓦爾帕萊索大學(xué)的Matthias Schreiber計(jì)算了這個(gè)系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)的演變。“我們花了幾周時(shí)間進(jìn)行了艱難的思考，最終弄清楚制造這樣一個(gè)圓盤(pán)的唯一方法就是一顆巨大行星的蒸發(fā)。”Schreiber說(shuō)。

如果真的有這顆行星，那它將是目前已知的第一個(gè)經(jīng)歷了恒星衰變的“幸存者”。

第一個(gè)幸存者

研究人員發(fā)現(xiàn)，探測(cè)到的氫、氧和硫的含量與在海王星和天王星等巨大的冰凍行星的深層大氣中發(fā)現(xiàn)的含量相似。如果這樣一顆行星的軌道靠近一顆熾熱的白矮星，來(lái)自白矮星的極端紫外線輻射會(huì)剝?nèi)ニ耐鈱樱渲幸恍﹦冸x下來(lái)的氣體漩渦會(huì)形成一個(gè)圓盤(pán)，并吸積到白矮星上。

這就是科學(xué)家在距離巨蟹座約1500光年的WDJ0914+1914周?chē)吹降?mdash;— 一顆圍繞白矮星旋轉(zhuǎn)的蒸發(fā)行星。此前，科學(xué)家從未發(fā)現(xiàn)白矮星周?chē)嬖诰扌行堑淖C據(jù)。這可能是眾多此類(lèi)恒星軌道上的第一顆。

通過(guò)將觀測(cè)數(shù)據(jù)與理論模型相結(jié)合，來(lái)自英國(guó)、智利和德國(guó)的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)能夠更清晰地描繪出這個(gè)獨(dú)特系統(tǒng)的圖像。

白矮星很小且非常熱，溫度高達(dá)28000攝氏度，是太陽(yáng)溫度的5倍。相比之下，這顆行星是冰冷和巨大的，同時(shí)它近距離環(huán)繞白矮星運(yùn)行，10天就能繞其運(yùn)行一周。白矮星發(fā)出的高能光子正逐漸蒸發(fā)行星的大氣層。大部分氣體逸出，但也有一些被吸入一個(gè)圓盤(pán)，以每秒3000噸的速度旋轉(zhuǎn)著進(jìn)入白矮星。正是這個(gè)圓盤(pán)使得原本隱藏的行星變得可見(jiàn)。

華威大學(xué)的Odette Toloza說(shuō)：“這是第一次能夠測(cè)量圓盤(pán)中氧和硫等氣體的數(shù)量，這為研究系外行星大氣的組成提供了線索。”Toloza開(kāi)發(fā)了計(jì)算白矮星周?chē)鷼怏w圓盤(pán)的模型。

“這一發(fā)現(xiàn)也為了解行星系統(tǒng)的最終命運(yùn)打開(kāi)了一扇新的窗戶。”G nsicke說(shuō)。

45億年后

這顆行星圍繞白矮星運(yùn)行，距離只有1000萬(wàn)公里，是位于該白矮星半徑的15倍，而這個(gè)距離原本應(yīng)該在它變成紅巨星時(shí)的內(nèi)部深處。這顆行星不同尋常的位置意味著，在主恒星變成白矮星后的某一時(shí)刻，這顆行星離它更近了。

研究人員認(rèn)為，這個(gè)新的軌道可能緣于引力與系統(tǒng)中的其他行星相互作用的結(jié)果，這意味著不止一顆行星可能在其主恒星的劇烈轉(zhuǎn)變中幸存下來(lái)。

從某種意義上說(shuō)，WDJ0914+1914讓人們得以一窺太陽(yáng)系遙遠(yuǎn)的未來(lái)。“我們今天看到的白矮星曾經(jīng)是一顆與太陽(yáng)相似的恒星。”Schreiber告訴記者。

像太陽(yáng)這樣的恒星在它們生命的大部分時(shí)間里都在燃燒核心的氫。一旦燃料耗盡，它們就會(huì)膨脹成紅巨星，體積會(huì)增大數(shù)百倍，吞噬附近的行星。

以太陽(yáng)系為例，這將包括水星、金星，甚至地球，它們都將在大約50億年后被變成紅巨星的太陽(yáng)吞噬。最終，太陽(yáng)會(huì)失去外層，只留下一個(gè)燃燒殆盡的核心——白矮星。這樣的恒星殘留物仍然可以作為行星的宿主，而許多這樣的恒星系統(tǒng)被認(rèn)為存在于我們的星系中。

之前， Schreiber 和G nsicke等人曾發(fā)表論文，詳細(xì)描述了如何發(fā)射出足夠多的高能光子蒸發(fā)木星、土星、天王星和海王星。就像在WDJ0914+1914周?chē)吹降囊粯樱恍┬行谴髿庵械臍怏w最終會(huì)落到變成白矮星的恒星上，并將被未來(lái)的外星天文學(xué)家觀測(cè)到。

“很少有天文學(xué)家思考圍繞垂死恒星運(yùn)行的行星的命運(yùn)。這一發(fā)現(xiàn)有力地證明，宇宙一次又一次地挑戰(zhàn)了我們的思維，讓我們超越既定的觀念。”G nsicke說(shuō)。

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