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占士-韋伯望遠鏡探測到兩顆超罕見的行星正圍繞死星執行

2024-02-06科學

占士-韋伯太空望遠鏡(JWST)是一台強大的太空望遠鏡,它可以觀測到遙遠的天體,揭示宇宙的過去。但是,最近,它又有了一個新的突破,讓它能夠像科學水晶球一樣,預測太陽系的未來。

這個突破是 JWST 發現了兩顆圍繞著兩顆不同的死亡恒星(或稱 「白矮星」)執行的太陽系外行星(或稱 「系外行星」)。這兩顆行星非常特別,因為它們與太陽系中的氣態巨行星木星和土星非常相似,而且它們的母恒星也是太陽的命運的類比。當太陽在未來的某一天變成白矮星時,它可能會摧毀太陽系內部的所有行星,直到木星。

天文學家發現,白矮星周圍很少有行星存在。這兩顆候選行星非常特殊,因為它們在溫度、年齡、質素和軌域分離度方面與我們外太陽系的行星比以前發現的任何行星都更加相似。這是人類第一次看到行星系統在恒星死亡後的樣子。

JWST 使用了它的中紅外儀器(MIRI),直接觀測到了這些候選行星圍繞白矮星 WD 1202-232 和 WD 2105-82 執行。其中一顆候選系外行星與其白矮星宿主的距離大約相當於地球與太陽距離的 11.5 倍。另一顆候選行星距離其死亡的恒星母體更遠,大約是我們的行星與恒星之間距離的 34.5 倍。

這些行星的質素目前還不確定,穆拉利及其同事估計它們的質素是木星的 1 到 7 倍,木星是太陽系中質素最大的行星。

科學家認為,當太陽在大約 50 億年後耗盡其核心的核聚變燃料時,它將膨脹為紅巨星。屆時,它的外層將繼續進行核聚變,而且會延伸到火星的軌域,吞噬水星、金星、地球,甚至可能也會吞噬火星。最終,它的外層將冷卻並脫落,留下一個由耗盡的恒星物質組成的行星狀星雲,以及一個冒煙的恒星核心,也就是白矮星。

然而,這些系外行星的發現暗示了當太陽消亡時,火星、木星和土星之外的行星會發生什麽。

科學家預計,恒星死亡後,行星會向外漂移,進入更寬的軌域。因此,如果把這些候選行星的時間往回撥,你會發現它們的軌域間隔與木星和土星相似。

如果這些行星被證實存在,它們將提供直接證據,證明像木星和土星這樣的行星可以在主恒星死亡後存活下來。

此外,這次發現的白矮星核心被比氫和氦更重的元素汙染,天文學家稱之為 「金屬」。這可能暗示了太陽死亡後,火星和木星之間的小行星帶中的天體會發生什麽變化。

科學家推測,巨行星透過把彗星和小行星趕到恒星表面來造成金屬汙染。這些行星的存在加強了金屬汙染與行星之間的聯系。由於 25% 到 50% 的白矮星都會出現這種汙染, 這表明白矮星周圍可能有很多巨行星。

因此,任何在太陽死亡後幸存下來的小行星都可能發現自己被木星和土星砸在了太陽的屍體上。

這一雙重發現令人印象深刻,它不僅預測了我們行星系的未來,還代表了一項罕見的科學成就。

自 20 世紀 90 年代中期發現第一顆系外行星以來,天文學家已經發現了約 5000 個圍繞太陽系外恒星執行的世界。據行星協會稱,截至 2020 年 4 月,這些系外行星中只有 50 顆是透過直接成像發現的。

這是因為在如此遙遠的距離上,行星發出的任何光線通常都會被該行星母恒星發出的強光所淹沒,因此直接發現系外行星就好比看到一只坐在燈塔點燃的燈上的螢火蟲。

因此,人們通常是透過系外行星對恒星光線的影響來觀察它們的,這種影響可能是系外行星在穿過或 "過境 "恒星表面時導致光線輸出下降,也可能是行星在重力作用下牽引恒星時產生的 "擺動 "運動。

JWST 透過直接成像法發現了這兩顆系外行星,這意味著它拍攝了它們的照片,並看到了行星本身發出的光。這是一項非常困難的技術壯舉,因為大多數被發現的系外行星都是透過間接的方法發現的。這些間接方法往往傾向於距離恒星更近的行星。而直接成像法則更善於發現距離恒星更遠、軌域間隔更寬的行星。

透過直接發現這些行星,JWST 開啟了進一步研究這些世界的可能性;科學家們現在可以開始研究行星大氣的成分等問題,並直接測量它們的質素和溫度。

這些系外行星並非都在意料之中,而這些怪異之處甚至可能會改變天文學家對系外行星的總體看法。

如果這些是行星,那麽它們在中紅外波段的亮度並不像我們預期的那樣紅,這一點令人驚訝。考慮到這兩顆系外行星的年齡以及它們在 15 微米處的亮度,JWST 在 5 微米和 7 微米處收集到的光量比科學家們預期的要亮,這可能會挑戰人類對系外行星大氣物理學和化學的理解。

而這個觀測的結果,也可能這意味著存在著另一個光源,比如一顆圍繞行星執行的受熱衛星。

如果這些行星真的有衛星,那麽它們可能是太陽系中的類似物。木星和土星都有數十顆衛星,其中一些是活躍的世界,有著地質活動、液態水或甚至生命的可能性。例如,木星的衛星歐羅巴有著一個巨大的地下海,土星的衛星土衛六有著噴發的冰火山。

JWST 的壽命預計至少為 5 年,但有可能延長到 10 年或更長。在這段時間裏,它將為人類提供前所未有的宇宙視野,讓我們更加了解我們的起源和未來。

如果 JWST 能夠探測到這些系外行星的衛星,那麽它可能會揭示一些關於它們的起源、演化和特征的資訊,也許還能發現一些意想不到的驚喜。