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研究表明 一颗巨大的行星迅速围绕一颗垂死的微小恒星运行

  • 科学
  • 2020-09-17 08:33:22
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得益于一系列在太空和地球上使用的望远镜,甚至是亚利桑那州的一对业余天文学家,威斯康星大学麦迪逊分校的一名天文学家及其同事发现了一颗木星大小的行星,以惊人的速度绕着一颗遥远的白矮星运转。该系统距离我们约有80光年,它违反了有关恒星和行星的所有常规约定。白矮星是类似太阳的恒星的残骸,被大大缩小到大约地球的大小,但保留了太阳质量的一半。巨大的行星隐约在其微小的恒星上,由于难以置信的紧密轨道,它每34小时绕转一次。相比之下,水星需要相对昏昏欲睡的90天才能绕太阳公转。尽管过去有迹象表明大行星绕着白矮星运行,新发现是迄今为止最清晰的证据,表明存在这些奇怪的配对。该确认凸显了恒星系统可以进化的多种方式,并且可以一窥我们太阳系的命运。这样的白矮星系统甚至可以为一颗垂死的恒星提供一种罕见的宜居的生活安排。

首席研究员安德鲁•范德堡(Andrew Vanderburg)说:“我们从未见过这样的证据:行星如此接近白矮星并幸存下来。这真是令人惊喜。” 范德堡完成了这项工作,而得克萨斯大学奥斯汀分校的一名独立NASA Sagan研究员。

研究人员于9月16日在《自然》杂志上发表了他们的发现。范德堡(Vanderburg)领导了一个庞大的国际天文学家合作,他们对数据进行了分析。贡献的望远镜包括美国宇航局的系外行星搜寻望远镜TESS和加那利群岛的两架大型地面望远镜。

范德堡最初是被吸引来研究白矮星的,白矮星是太阳大小的恒星意外耗尽核燃料和行星后的残骸。在研究生院期间,他正在回顾苔丝的前任开普勒太空望远镜的数据,注意到一个白矮星周围有一团碎片。

范德堡说:“我们最终发现,这是一颗小行星或小行星,在我们观察时被撕裂,这真是太酷了。”。这颗行星在转变为白矮星后,由于它的引力而被摧毁,这颗行星的轨道向恒星倾斜。

从那以后,范德堡一直在想,行星,尤其是大行星,是否能在向一颗老化恒星的旅程中幸存下来。

通过扫描苔丝收集的数千个白矮星系统的数据,研究人员发现了一颗恒星,它的亮度大约每一天半就会变暗一半,这表明有什么大东西正沿着一个紧而闪电般的轨道从恒星前面经过。但是很难解释这些数据,因为附近一颗恒星的眩光干扰了苔丝的测量。为了克服这一障碍,天文学家补充了来自更高分辨率地面望远镜的TESS数据,其中包括三台由业余天文学家运行的望远镜。

范德堡说:“一旦眩光得到控制,在一个晚上,他们得到的数据比我们从太空观察一个月得到的数据要好得多,也更干净。”。由于白矮星比普通恒星小得多,经过它们前面的大行星挡住了大量恒星的光线,使得地面望远镜的探测变得简单得多。

数据显示,一颗大约有木星那么大,也许稍大一点的行星,正在离它的恒星非常近的轨道上运行。范德堡的研究小组认为,这颗气体巨星从离恒星很远的地方出发,在恒星演化成白矮星后进入了目前的轨道。

问题变成了:这个星球是如何避免在剧变中被撕裂的?以前的白矮星-行星相互作用模型似乎并不适合这个特殊的恒星系统。

研究人员进行了新的模拟,为这个谜团提供了一个潜在的答案。当这颗恒星的燃料耗尽时,它膨胀成一个红巨星,吞没了附近的任何行星,并破坏了这颗木星大小的、轨道更远的行星的稳定性。这导致了这颗行星采取了一个夸张的椭圆形轨道,这条轨道非常接近现在已经缩小的白矮星,但同时也把它抛到了轨道顶点非常遥远的地方。

千百年来,白矮星和它的行星之间的引力相互作用缓慢地分散了能量,最终引导地球进入一个紧凑的圆形轨道,只需一天半的时间就可以完成。这个过程需要数十亿年的时间。这个特殊的白矮星是苔丝望远镜观测到的最古老的白矮星之一,它有60亿年的历史,有足够的时间来减慢它的大行星伙伴的速度。

虽然白矮星不再进行核聚变,但它们在冷却时仍释放出光和热。一颗离这样一颗垂死恒星足够近的行星可能会发现自己处于可居住区,即恒星附近可能存在液态水的区域,被认为是生命产生和生存所必需的。

现在研究已经证实了这些系统的存在,它们为寻找其他生命形式提供了一个诱人的机会。白矮星系统的独特结构为研究轨道行星大气的化学特征提供了一个理想的机会,这是一种从远处寻找生命迹象的潜在途径。

范德堡说:“我认为这项工作最令人兴奋的部分是它对宜居性的意义——在这些死去的太阳系中是否存在适宜居住的区域,以及我们找到这种宜居性证据的能力。”。

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