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行星繞矮星？新發現將帶來宇宙新解釋，這會振興物理界嗎？

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2022年9月30日 -
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藝術家對繞白矮星的木星大小的行星的刻畫。 令人感歎的是，圖片中的兩個物體實際上規模相當，因為白矮星的大小與地球相當。 圖源：NASA/JPL
繞白矮星運轉的木星大小行星的前所未有的發現表明行星完全有可能在其母星混亂的垂死掙紮中存活下來。 
想象一個大約地球大小晦暗的晚期恒星有著一個木星大小的行星每34小時便繞其一周。 這將會是一個奇怪的景象：小但密度更大的物體看上去控制著在視覺上不匹配的天體組合。 更形象地告訴你這是多奇怪的現象，你可以想象一下白矮星能夠成功填充進木星的大紅斑裏。 這樣的系統，根據現在發布的新研究來說，實際上是存在的。 
就像堪薩斯大學物理與天文副教授也是這項研究的共同撰寫者Ian Crossfield在郵件中解釋的那樣，這是“行星繞白矮星公轉的第一項清楚的發現”。 這項發表在Nature雜志上的新研究，是由威斯康辛麥迪遜大學的天文學家Andrew Vanderburg帶領研究的。 
2015年，這項研究記錄了一個獨特的發現，一個小型行星，也可能是一個小行星，被其白矮星“主人”粉碎的全過程。 這項新發現的獨特之處在於這顆行星體積很大，有凝聚力，且在一個相當穩定的軌道裏。 
在校學生在了解了我們太陽系的最終命運的時候都會感到恐懼。 幾十億年後，我們的太陽將會燃料不足，因而導致其膨脹成為一個巨大的紅巨星。 在此過程中，太陽系裏的所有行星——包括地球——，將會被我們臃腫的死星吞噬。 當這個階段完成後，紅巨星將會縮小成一個白矮星：一個地球大小但質量有現在太陽的一半的球體。 白矮星理論上還是恒星，因為其在冷卻的過程中仍會釋放光和熱，盡管它已經不能再進行核聚變了。 這就是，也將是宇宙中所有相似恒星的命運。 天文學家們不確定行星，特別是外行星，是否能夠在這個極其具有破壞性的過程中存活，但新研究表明它們可以。 這項研究現在可以激發天文學家去研究其他白矮星旁的類似物體。 
天文學家們為了發現這顆叫WD 1856b的白矮星使用了證明過有用的淩星法和一些該星系的紅外掃描。 通過NASA的淩星系外行星巡天衛星宇宙望遠鏡，團隊可以記錄白矮星每1.4天的暗淡過程。 從我們在地球上的角度來說，這個變暗淡的過程就是一個軌道上的行星在一個恒星前轉換的潛在訊號。 作者們用NASA的Spitzer宇宙望遠鏡收集的紅外數據證實了這一點（在剛過去的一月衛星退役了）。 通過研究紅外波長下的該系統，研究人員們發現它其實是一個行星，而不是一個另一個在白矮星軌道上運轉的恒星。 
藝術家對白矮星極其行星的設想。 圖源： NASA/JPL-Caltech/NASA戈達德太空飛行中心
“越熱的恒星將會釋放更多紅外線，反之溫度較低的行星將釋放更少的紅外線。 ”Crossfield說，“我們沒有看見額外的紅外線，證明我們發現的真的是行星。 ”幾個地上望遠鏡也加入了這項研究所必須的證實環節，因為TESS數據已經被臨近恒星的光遮住了。 作者們推測WD 1856b在其恒星變成一個紅巨星的時候因為兩物體間的距離較遠而存活了下來。 
“如果它開始在我們現在所見的地方的話，它絕無可能存活下來；所以它一定是在離恒星遠得多的地方運轉的。 ”Crossfield解釋道，“然後，當恒星變成白矮星之後，行星將會離它越來越近。 ”研究人員們從模擬中看出這是一個可能的情形：當紅巨星吞噬了內行星的時候，WD 1856b的軌道就會變得不穩定，進而導致他進入到一個高度橢圓的軌道裏，使行星既可以離它正在死去的母星很近，也可以離它很遠。 這個軌道在宇宙漫長的演變中逐漸縮小，將行星移到其緊密圓形軌道中。 “我們認為這顆恒星在約60億年前就死了然後變成了一顆白矮星，遠在太陽，地球以及太陽系形成之前。 ”Crossfield說。 
我們問Crossfield一個死星是不是有可能捕捉到流浪行星，無論是在其紅巨星時期或者白矮星時期。 最近一項研究表明幾萬億的流浪行星可能會被銀河帶走，完美逃離它們曾今圍繞著的恒星。 “這是有可能的，但也不是非常可能。 ”他回答道，“我們在明年James Webb望遠鏡發射後用它測量完行星的大氣層構成後就可以知道了。 ”確實，WD 1856b在一個相當穩定且距離適中的軌道裏，距離地球僅80光年遠，所以在不久的將來，科學家們就可以仔細研究它了。 現在關於這個行星，我們能夠知道的只有它的大小（約莫木星大小，也可能比木星大），它的公轉周期（34小時）和它大概的溫度（冰點以下）。 未來的觀察研究將會“告訴我們它是由什麼構成的，如何形成的，或許還有我們為什麼能夠在目前的位置看到它的原因。 ”Crossfield說。 
一個有趣的點是，白矮星還會經歷其他的轉型，變成更加暗淡的棕矮星，最後再變成黑矮星，不再發熱發光。 最新研究表明，最大的黑矮星將會像超新星一樣爆炸，但這將是幾萬萬億年後的事情了。 
BY: George Dvorsky
FY: 曦
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藝術家對繞白矮星的木星大小的行星的刻畫。令人感歎的是，圖片中的兩個物體實際上規模相當，因為白矮星的大小與地球相當。圖源：NASA/JPL

繞白矮星運轉的木星大小行星的前所未有的發現表明行星完全有可能在其母星混亂的垂死掙紮中存活下來。

想象一個大約地球大小晦暗的晚期恒星有著一個木星大小的行星每34小時便繞其一周。這將會是一個奇怪的景象：小但密度更大的物體看上去控制著在視覺上不匹配的天體組合。更形象地告訴你這是多奇怪的現象，你可以想象一下白矮星能夠成功填充進木星的大紅斑裏。這樣的系統，根據現在發布的新研究來說，實際上是存在的。

就像堪薩斯大學物理與天文副教授也是這項研究的共同撰寫者Ian Crossfield在郵件中解釋的那樣，這是“行星繞白矮星公轉的第一項清楚的發現”。這項發表在Nature雜志上的新研究，是由威斯康辛麥迪遜大學的天文學家Andrew Vanderburg帶領研究的。

2015年，這項研究記錄了一個獨特的發現，一個小型行星，也可能是一個小行星，被其白矮星“主人”粉碎的全過程。這項新發現的獨特之處在於這顆行星體積很大，有凝聚力，且在一個相當穩定的軌道裏。

在校學生在了解了我們太陽系的最終命運的時候都會感到恐懼。幾十億年後，我們的太陽將會燃料不足，因而導致其膨脹成為一個巨大的紅巨星。在此過程中，太陽系裏的所有行星——包括地球——，將會被我們臃腫的死星吞噬。當這個階段完成後，紅巨星將會縮小成一個白矮星：一個地球大小但質量有現在太陽的一半的球體。白矮星理論上還是恒星，因為其在冷卻的過程中仍會釋放光和熱，盡管它已經不能再進行核聚變了。這就是，也將是宇宙中所有相似恒星的命運。天文學家們不確定行星，特別是外行星，是否能夠在這個極其具有破壞性的過程中存活，但新研究表明它們可以。這項研究現在可以激發天文學家去研究其他白矮星旁的類似物體。

天文學家們為了發現這顆叫WD 1856b的白矮星使用了證明過有用的淩星法和一些該星系的紅外掃描。通過NASA的淩星系外行星巡天衛星宇宙望遠鏡，團隊可以記錄白矮星每1.4天的暗淡過程。從我們在地球上的角度來說，這個變暗淡的過程就是一個軌道上的行星在一個恒星前轉換的潛在訊號。作者們用NASA的Spitzer宇宙望遠鏡收集的紅外數據證實了這一點（在剛過去的一月衛星退役了）。通過研究紅外波長下的該系統，研究人員們發現它其實是一個行星，而不是一個另一個在白矮星軌道上運轉的恒星。

藝術家對白矮星極其行星的設想。圖源： NASA/JPL-Caltech/NASA戈達德太空飛行中心

“越熱的恒星將會釋放更多紅外線，反之溫度較低的行星將釋放更少的紅外線。”Crossfield說，“我們沒有看見額外的紅外線，證明我們發現的真的是行星。”幾個地上望遠鏡也加入了這項研究所必須的證實環節，因為TESS數據已經被臨近恒星的光遮住了。作者們推測WD 1856b在其恒星變成一個紅巨星的時候因為兩物體間的距離較遠而存活了下來。

“如果它開始在我們現在所見的地方的話，它絕無可能存活下來；所以它一定是在離恒星遠得多的地方運轉的。”Crossfield解釋道，“然後，當恒星變成白矮星之後，行星將會離它越來越近。”研究人員們從模擬中看出這是一個可能的情形：當紅巨星吞噬了內行星的時候，WD 1856b的軌道就會變得不穩定，進而導致他進入到一個高度橢圓的軌道裏，使行星既可以離它正在死去的母星很近，也可以離它很遠。這個軌道在宇宙漫長的演變中逐漸縮小，將行星移到其緊密圓形軌道中。“我們認為這顆恒星在約60億年前就死了然後變成了一顆白矮星，遠在太陽，地球以及太陽系形成之前。”Crossfield說。

我們問Crossfield一個死星是不是有可能捕捉到流浪行星，無論是在其紅巨星時期或者白矮星時期。最近一項研究表明幾萬億的流浪行星可能會被銀河帶走，完美逃離它們曾今圍繞著的恒星。“這是有可能的，但也不是非常可能。”他回答道，“我們在明年James Webb望遠鏡發射後用它測量完行星的大氣層構成後就可以知道了。”確實，WD 1856b在一個相當穩定且距離適中的軌道裏，距離地球僅80光年遠，所以在不久的將來，科學家們就可以仔細研究它了。現在關於這個行星，我們能夠知道的只有它的大小（約莫木星大小，也可能比木星大），它的公轉周期（34小時）和它大概的溫度（冰點以下）。未來的觀察研究將會“告訴我們它是由什麼構成的，如何形成的，或許還有我們為什麼能夠在目前的位置看到它的原因。”Crossfield說。

一個有趣的點是，白矮星還會經歷其他的轉型，變成更加暗淡的棕矮星，最後再變成黑矮星，不再發熱發光。最新研究表明，最大的黑矮星將會像超新星一樣爆炸，但這將是幾萬萬億年後的事情了。

BY: George Dvorsky

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