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研究镰田飞鸟显示一颗巨大的行星正在快速绕着一颗微小的垂死恒星旋转

天文学与空间 2022-03-18 00:01:16

作者埃里克·汉密尔顿,威斯康星大学麦迪逊分校 首次发现了一颗完整的、木星大小的系外行星,它围绕着一颗白矮星运行

学分:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/J

修剪树梢和树枝 多亏了太空和地球上的一组望远镜——甚至还有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和他的同事发现了一颗木星大小的行星,它以极快的速度围绕着一颗遥远的白矮星旋转

该系统距离我们大约80光年,违反了所有关于恒星和行星的常规

白矮星是一颗类似太阳的恒星的残余,已经大大缩小到大约地球的大小,但它仍然保留着太阳一半的质量

这颗巨大的行星隐现在它的小恒星上,由于轨道非常近,它每34小时绕一周

相比之下,水星绕太阳运行需要相对无精打采的90天

虽然过去有迹象表明大型行星围绕白矮星运行,但新的发现是迄今为止这些奇异配对存在的最清晰的证据

这一证实凸显了恒星系统进化的不同方式,并可能让我们一瞥太阳系的命运

这样一个白矮星系统甚至可以为垂死恒星的生命出现提供一个罕见的可居住的安排

“我们以前从未见过行星如此接近白矮星并幸存下来的证据

首席研究员安德鲁·范德堡说,他最近作为助理教授加入了UW-麦迪森天文系

范德堡完成了这项工作,而奥斯汀德克萨斯大学的一名独立的美国宇航局萨根研究员

研究人员在9月10日公布了他们的发现

16发表在《自然》杂志上

范德堡领导了一个大型的国际天文学家合作项目,分析数据

贡献的望远镜包括美国国家航空航天局的太阳系外行星搜寻望远镜和位于加那利群岛的两台大型地面望远镜

范德堡最初被吸引去研究白矮星和它们的行星,白矮星是太阳大小的恒星耗尽核燃料后留下的残骸

在研究生院的时候,他正在审查TESS的前任开普勒太空望远镜的数据,并注意到一个周围有一团碎片的白矮星

范德堡说:“我们最终发现,这是一颗小行星或小行星,在我们观看时被撕裂,这真的很酷。”

这颗行星在转变为白矮星后被恒星的引力摧毁,白矮星导致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,尤其是大型行星,是否能在通往衰老恒星的旅程中幸存下来

通过扫描TESS收集的数千个白矮星系统的数据,研究人员发现一颗恒星的亮度大约每一天半就变暗一半,这是一个迹象,表明在一个紧密的、闪电般的轨道上,有一个大的东西正在恒星前面经过

但是很难解释这些数据,因为来自附近恒星的眩光干扰了苔丝的测量

为了克服这个障碍,天文学家补充了来自高分辨率地面望远镜的TESS数据,其中包括三个由业余天文学家运行的望远镜

“一旦眩光得到控制,在一个晚上,他们得到了比我们从太空观察一个月得到的更好、更干净的数据,”范德堡说

因为白矮星比普通恒星小得多,所以从它们前面经过的大行星阻挡了大量的恒星光线,使得地面望远镜的探测变得更加简单

数据显示,一颗大约和木星一样大的行星,也许稍微大一点,正非常靠近它的恒星运行

范德堡的团队认为,气体巨星从离恒星更远的地方开始,在恒星演化成白矮星后,进入了目前的轨道

问题变成了:这个星球是如何在剧变中避免被撕裂的?以前的白矮星-行星相互作用模型似乎不符合这个特殊的恒星系统

研究人员进行了新的模拟,为这个谜提供了一个潜在的答案

当这颗恒星耗尽燃料时,它膨胀成一颗红巨星,吞没了附近的任何行星,并破坏了这颗木星大小的行星的稳定,这颗行星的轨道运行距离更远

这使得这颗行星呈现出一个夸张的椭圆形轨道,它非常靠近现已缩小的白矮星,但也将这颗行星甩到了离轨道顶点非常远的地方

亿万年来,白矮星和它的行星之间的引力相互作用慢慢地分散了能量,最终引导行星进入一个紧密的圆形轨道,只需要一天半就可以完成

这个过程需要时间——几十亿年

这个特殊的白矮星是泰丝望远镜观察到的最古老的白矮星之一,大约有60亿年的历史,有足够的时间让它巨大的行星伙伴减速

虽然白矮星不再进行核聚变,但它们在冷却时仍然会释放光和热

一颗离这样一颗垂死的恒星足够近的行星可能会发现自己处于可居住区,这是一颗恒星附近可以存在液态水的区域,被认为是生命出现和生存所必需的

现在研究证实了这些系统的存在,它们为寻找其他形式的生命提供了诱人的机会

白矮星-行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方法

“我认为这项工作最令人兴奋的部分是它对一般可居住性的意义——在这些死亡的太阳系中会有适宜居住的区域吗——以及我们找到可居住性证据的能力,”范德堡说

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