未来的太阳系是什么样？——记首颗围绕白矮星运行的巨行星的发现_风闻

原创：牧夫天文

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原作：ESO

编译：张雨荷

校译：牧夫天文校对组

编排：葛明红

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://m.phys.org/news/2019-12-giant-planet-white-dwarf.html

未来的太阳系是什么样？

——记首颗围绕白矮星运行的巨行星的发现

科学家使用欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）首次发现了一颗与白矮星相关的巨行星。这颗行星近距离地绕着白矮星（类似太阳恒星的炽热残骸）运行，导致其大气层被剥离并在恒星周围形成气体盘。人们一直好奇，在遥远的未来太阳系会是什么样，欧南台的这一独特发现也许会给我们答案。

白矮星WDJ0914 + 1914及其类似海王星的系外行星示意图。由于这颗冰巨行星近距离地绕着炽热的白矮星运行，恒星发出的极强紫外辐射剥夺了行星的大气层。这使得大部分的气体进入了宇宙空间，而少部分气体以每秒3000吨的速度被拉成盘状并旋入恒星。

图源：ESO / M.Kornmesser

“这是一次偶然的发现” ，领导这项研究的英国华威大学研究员Boris Gänsicke上周在《自然》杂志上表示。Gänsicke的小组对斯隆数字化巡天观测到的约7000个白矮星进行了研究，发现了其中一颗与众不同白矮星。通过分析恒星光线的细微变化，他们发现了一些以前科学家们从未在白矮星上观测到的化学元素的痕迹。“我们知道在这个系统中一定有一些不同寻常的情况存在，并推测它可能与某种行星残骸有关。”

为了更好地了解这颗名为WDJ0914 + 1914的不寻常的白矮星，研究小组使用了位于智利阿塔卡马沙漠ESO甚大望远镜上的X-shooter摄谱仪对其进行了分析。这些后续观测证实了白矮星上氢，氧和硫的存在。通过研究X-shooter拍摄的光谱中的精细结构，研究小组发现这些元素存在于一个旋转进白矮星的气体盘中，而并非来自恒星本身。

来自智利瓦尔帕莱索大学的Matthias Schreiber计算了这个恒星系统过去和未来的演变过程，他表示：“经过几周的认真思考之后，我们发现这种气体盘能形成的唯一可能便是来自一颗巨行星的蒸发。”

检测到的氢、氧和硫含量与海王星和天王星等巨型行星的深层大气相似。如果该巨行星运行在炽热的白矮星的轨道附近，那么恒星所发出的极强的紫外辐射将剥去它的外层，而其中一些剥离的气体会旋转成盘状并附着在白矮星上。这就是科学家们认为他们在WDJ0914 + 1914附近所看到的：第一颗围绕着一个白矮星运行的蒸发行星。

来自英国，智利和德国的天文学家团队将观测数据与理论模型相结合，清楚地描绘了这一独特的系统。白矮星小且炽热，温度高达28000摄氏度（是太阳温度的五倍）。相比之下，行星冰冷且较大，体积至少是白矮星的两倍。由于它近距离地绕着白矮星运行，来自恒星的高能光子能够在短短十天之内将行星的大气层吹走。在这一过程中，大部分的气体进入宇宙空间，而部分气体以每秒3000吨的速度被拉成盘状并旋转进入到恒星之中。正是这个气体盘把原本不可见的巨行星暴露在了我们的视野之中。

华威大学的Odette Toloza说：“这是我们首次能够测量气体盘中氧、硫等气体的含量，这为我们研究系外行星大气的构成提供了线索。”

 “这一发现也为人们了解行星系统最终的命运打开了一扇新的窗口，” Boris Gänsicke补充道。

太阳这样的恒星在大部分生命中都燃烧着氢。一旦耗尽了燃料，它们就会膨胀成为红巨星，变大数百倍，并吞噬周围的行星。就太阳系而言，这包括水星、金星，甚至地球，我们都将在约50亿年后被演变为红巨星的太阳所吞噬。最终，像太阳一样的恒星失去了外层，仅留下了一个烧尽的核心——白矮星。这些恒星残骸仍然可以承载行星，科学家们认为我们的星系中就存在许多这样的恒星系统。然而直到现在，科学家们还没有发现白矮星周围存在一颗幸存的巨行星的证据。而这次在距离巨蟹座约1500光年处发现的这颗白矮星及系外行星，可能是许多环绕白矮星轨道运行的行星中的第一颗。

研究人员称，欧洲南方天文台的X-shooter发现的这颗系外行星绕着白矮星运行，轨道半径只有1000万千米，是太阳半径的15倍，可能正处在红巨星的内部。这颗行星的异常位置意味着，行星在其主恒星变成白矮星之后的某个时刻向其靠近过。天文学家认为，这一新轨道可能是与系统中其他行星的引力相互作用的结果，意味着可能不止一颗行星在其主恒星向红巨星演变的剧烈变化中幸存了下来。

太阳将在约60亿年后演化为白矮星，而火星和外太阳系的巨行星将从这场巨变中幸存。白矮星形成后的最初几百万年将非常热，其发射的强烈极紫外射线将蒸发巨行星外部大气中的气体。白矮星吸收其中的一小部分气体，并产生将被未来的外星天文学家探测到的谱线。

图源：Mark Garlick

Gänsicke总结道：“很少有天文学家停下来思考围绕即将死亡恒星运行的行星的命运。这一紧密围绕着白矮星运行的巨行星的发现，恰恰证明了宇宙在不断刷新和挑战着我们的认知，以超越既定观念的束缚” 。

正如康德在《实践理性批判》书中所写：“有两种东西，我们对它们的思考越是深沉和持久，它们所唤起的那种越来越大的惊奇和敬畏就会充溢我们的心灵，这就是繁星密布的苍穹和我心中的道德律”。

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影像来源: Amir H. Abolfath (TWAN)