捕鱼网科学家观测遥远的死亡恒星:或许暗示了太阳系的未来

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发布时间:2021-10-15 08:27

北京时间 10 月 15 日消息,捕鱼网发现太阳系外行星的黄金时代始于 1995 年。事实上,当我们提到“系外行星”这一概念时,通常指的是围绕其他恒星运转的行星,而非流浪行星和围绕致密星(白矮星、中子星、黑洞等致密天体的总称)运转的行星。自第一次发现以来,天文学家已经发现了 4500 多颗系外行星,其中大多数都围绕着像太阳这样的普通恒星运行。

(想象图)

太阳大约有 46 亿年的历史,而地球和其他太阳系内的行星几乎都是在同一时间形成的。但再过 50 亿年后,当太阳最终消亡时,这些行星会如何呢?在《自然》杂志发表的一篇新论文中,研究作者向我们展示了太阳系可能的未来,届时太阳将耗尽所有的氢燃料,上饶麻将成为一颗白矮星 —— 恒星演化的最终状态之一,可以视为主要由电子简并物质构成的恒星核残骸。

在论文中,研究人员描述了一颗距离我们数千光年之外的白矮星,拥有一颗轨道与木星相似的气态巨行星,二者之间的距离是地球与太阳距离的 2.5 到 6 倍。

微引力透镜

这一发现最初要追溯到 2010 年,当时科学家发现,这颗白矮星及其类似木星的伴星与一颗更遥远的恒星 —— 都位于银河系中心稠密的恒星场中 —— 完美地排成一线。

这颗白矮星及其伴星的引力就像一个放大镜,扭曲了来自更遥远恒星的光线,让地球上的观察者觉得这颗恒星的亮度更高。这种效应被称为“微引力透镜”,早在 1936 年,爱因斯坦就对这种现象做出了预言。

尽管背景恒星被“放大”,麻友圈2但这个偶然事件的尺度之小,意味着我们无法区分前景中的恒星和背景中的恒星,更不用说行星了。不过,研究人员根据背景恒星的放大倍数随时间变化的细节,就可以揭示较近恒星及其行星的属性。因此,一个来自澳大利亚塔斯马尼亚大学和美国国家航空航天局(NASA)戈达德太空飞行中心的国际天文学家团队来到了夏威夷,使用位于莫纳克亚山顶峰的凯克 Ⅱ 望远镜进行进一步的观测。

▲ 夏威夷莫纳克亚山的凯克 Ⅰ 和凯克 Ⅱ 望远镜,二者的口径都达到了 10 米,并安装有自适应光学系统

凯克 Ⅱ 望远镜有一个 10 米口径的镜片阵列,由 1.8 米的六角形镜片组合而成。该望远镜还具有“激光制导自适应光学系统”,可以滤除大气变化所引起的“闪烁”。利用这台世界上口径第二大的光学/近红外线望远镜(仅次于西班牙口径 10.4 米的加那利大型望远镜),天文学家得以获取背景星和前景星的高分辨率图像。

然而,令天文学家惊讶的是,他们根本看不到前景的恒星。根据此前 2010 年观测到的放大结果的预测,这颗质量约为太阳一半的恒星应该是可见的。但现在,研究人员却无法探测到它。

为了确保观测过程中没有犯错误,研究人员又花了几年时间研究所获得的数据。后来,他们意识到之所以看不到这颗恒星,是因为它其实是一颗白矮星;这种处于恒星演化终点的星体实在太过微弱了,无法被探测到。

死亡的恒星

白矮星是普通恒星(如太阳)的残余,体积和地球相当。银河系中大约 95% 的恒星最终会变成白矮星。

在大约 50 亿年后,太阳会燃烧完它所有的氢燃料,其体积会膨胀,形成一颗红巨星,在这个过程中可能会把水星和金星都吞没。地球也可能被摧毁,或至少受到严重破坏。如果那时人类仍然存在的话(这可能需要奇迹),那他们将不得不离开地球,寻找新的家园。

在红巨星阶段,太阳可以通过燃烧氦等较重的原子来延缓其不可避免的坍缩过程。不过,这个暂缓期只会持续 1 亿年左右。当较重的燃料耗尽时,太阳将坍缩为白矮星,这也是其最后的状态。在坍缩过程中,太阳将以热气体云的形式释放出其一半的质量,并将幸存的行星推入更宽广的轨道。

对于行星来说,在红巨星膨胀时被吞噬与在白矮星形成时被喷射到深空之间有一个微妙的平衡。这项新研究也证实了一些理论家的预测:在足够宽的轨道上运行的行星很可能在其母恒星死亡后幸存下来。

由于大多数恒星最终会变成白矮星,因此研究人员对这个系统形成时的情况并没有非常精确的了解。不过,根据已有的统计数据,这颗白矮星在起源时质量应该与太阳相差不大。

目前的宇宙年龄还不足以让质量小于 80% 太阳质量的恒星演化为白矮星,超过两倍太阳质量的恒星本质上则十分罕见,它们的死亡过程可能会更加动荡,更严重地破坏其行星系统。

利用哈勃太空望远镜及其后继者詹姆斯・韦伯太空望远镜(将于 2021 年 12 月发射),天文学家希望能够直接测量这颗死亡恒星发出的微弱余光,进而了解更多关于这个系统的信息。

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