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首次發現完整行星繞行白矮星 原因成謎

繞行白矮星的行星概念圖。( NASA’s Goddard Space Flight Center)
繞行白矮星的行星概念圖。( NASA’s Goddard Space Flight Center)

【大紀元訊】美國太空總署(NASA)宣布,科學家首次發現有一顆完整的行星正在繞行一顆白矮星。白矮星是類似太陽大小的恆星的緻密殘留物,和地球差不多大。

這次發現的行星編號為WD 1856 b,大約是白矮星WD 1856+534的7倍大小,它以34個小時周期繞行白矮星,這比水星繞太陽公轉的速度快60倍以上,這顆行星是利用NASA的凌日系外行星巡天衛星(TESS)發現的。

美國威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin Madison)的Andrew Vanderburg教授說:「不知道通過什麽途徑,行星WD 1856 b能夠保持自身完整的情況下非常接近白矮星。一般而言,白矮星在形成過程中會摧毀附近的行星,而後來靠得太近的天體通常都會被白矮星的巨大引力撕裂。我們仍然對WD 1856 b如何到達其當前位置而又能保持完整有很多疑問。」

這次發現的行星位於天龍座,離地球大約80光年,它繞著一個平靜的白矮星運行,這顆白矮星直徑約1萬8千公里,年齡高達100億年,並且是一個三恆星系統的成員。

行星離白矮星遠 防吞沒焚燒

當類似太陽的恆星能量耗盡時,它會膨脹到原始大小的數百至數千倍,形成一個紅巨星。最終,它噴射出恆星氣體的外層,損失其質量的80%,剩下的核心變成白矮星。在此過程中,通常會吞沒並焚燒附近的天體。研究團隊估計,這次發現的行星原來離白矮星的距離至少要比現在大50倍,才能防止被焚燒殆盡。

「我們早就知道白矮星誕生後,小行星和彗星之類的小物體會被散射並飛向白矮星。它們通常被白矮星的強大引力扯碎。」文章作者之一、美國夏威夷的雙子星天文臺(Gemini Observatory)的研究員許偲藝說。 「這就是為什麼當Andrew告訴我有關該系統的消息時,我感到非常興奮的原因。雖然我們知道行星也可能向內散射,但這是我們第一次看到在向內運行過程中保持完整的行星。」

研究團隊提出了幾種假設,來說明行星WD 1856 b如何進入白矮星附近的橢圓路徑。隨著白矮星引力持續拉扯行星,會產生巨大的潮汐並耗散其軌道能量,這會導致行星的運行軌跡在未來變得更圓。

文章合作者、美國加州理工學院(California Institute of Technology)的博士後研究員Juliette Becker說:「最有可能的情況是,在WD 1856b的原始軌道附近有另外幾個木星大小的行星,這種大行星的引力很容易導致不穩定性,造成行星被向內散射,但是目前,我們的理論還缺乏觀測證據。」

其他可能的情況還包括三恆星系統中另外兩顆紅矮星G229-20 A和B在超過數十億年的引力拖拽效果,或者是有流浪恆星輕輕擦過三恆星系統造成擾動。然而,研究團隊不太支持這些假設,因為它們需要經過精密調校的物理條件,才能獲得與巨大伴侶行星模型相同的效果。

研究團隊使用NASA的史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)在紅外波段下觀察了該系統。如果WD 1856 b是棕矮星一類的低質量恆星,它將自己發出紅外光。當研究團隊將Spitzer數據與西班牙的加那利大型望遠鏡(Gran Telescopio Canarias)的可見光觀測結果進行比較時,他們發現沒有明顯的區別。

結合恆星的年齡以及有關該系統的其他信息,研究團隊得出結論,WD 1856 b極有可能是一顆不超過木星大小14倍的行星。目前尚無證據表明系統中還有沒有其他行星存在,這顆白矮星非常小,以至於很難捕捉到距離白矮星更遠的行星的信號。

研究團隊撰寫了2篇關於這項新研究的論文,分別發表於2020年9月16日的《自然》和《天體物理期刊快報》上。◇