詹姆斯·韦伯太空望远镜罕见地探测到两颗围绕死星运行的系外行星

哈耶萨鲁亚源

一幅插图显示了一个类似木星的世界围绕着一颗死亡的旋转矮星运行。（图片来源:Robert Lea（与Canva共同创作））

（）据美国太空网（罗伯特·李）：詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）已经证明自己擅长通过对超远距离的物体进行成像来窥视过去，但一项新的突破可能会使这台强大的仪器几乎像一个科学水晶球一样，凝视着太阳系的遥远未来。

JWST预言了两颗太阳系外行星或“系外行星”可能罕见的直接方向，它们围绕两颗不同的死星或“白矮星”运行

这些行星不仅与太阳系气体巨星木星和土星非常相似，而且白矮星也与太阳的命运相似。当太阳自身转变为白矮星时，这种变化可能会摧毁太阳系内部的行星——一直到木星。

“在白矮星周围发现的行星非常少。这两颗候选行星的非凡之处在于，它们在温度、年龄、质量和轨道间距方面比以前发现的任何行星都更接近我们太阳系外围的行星，”该研究的主要作者、太空望远镜科学研究所的天文学家苏珊·穆拉利告诉Space。“这让我们第一次有机会看到行星系统在其恒星死亡后的样子。”

我们未来的快照

这些候选行星是由JWST的中红外仪器（MIRI）直接观测到的，它们围绕白矮星WD 1202-232和WD 2105-82运行。一颗候选系外行星距离其白矮星宿主的距离约为地球和太阳距离的11.5倍。另一个候选者离它死去的恒星母体更远，距离大约是我们行星和恒星之间距离的34.5倍。

这些行星的质量目前尚不确定，穆拉利及其同事估计它们是太阳系中最大行星木星的1至7倍。

大约50亿年后，当太阳耗尽其核心发生的核聚变过程的燃料供应时，它将膨胀为一颗红巨星。然而，核聚变将继续在其外层进行。这将看到我们恒星的外层延伸到火星，吞噬水星、金星、地球，可能还有红色星球本身。最终，这些外层将冷却，留下一个闷烧的恒星核心，现在是一颗白矮星，周围是耗尽的恒星物质的行星状星云。

然而，这些系外行星探测暗示了当太阳死亡时，火星以外的行星，气态巨行星木星和土星可能会发生什么。

穆拉利说:“我们的太阳预计将在50亿年后变成一颗白矮星。”“我们预计恒星死亡后，行星会向外漂移，进入更宽的轨道。因此，如果你把这些候选行星的时间往回拨，你会发现它们的轨道间距与木星和土星相似。

“如果我们能够确认这些行星，它们将提供直接证据，证明像木星和土星这样的行星可以在其宿主恒星死亡后幸存下来。”



JWST仪器MIRI在其白矮星周围看到的两颗系外行星。（图片来源:穆拉尼等人，2024年）

此外，这一发现的核心白矮星被比氢和氦更重的元素污染，天文学家称之为“金属”。这可能暗示了太阳死亡后火星和木星之间的小行星带中的天体会发生什么。

穆拉利解释说:“我们怀疑这些巨大的行星将彗星和小行星带到了恒星表面，从而导致了金属污染。”“这些行星的存在加强了金属污染和行星之间的联系。由于25%至50%的白矮星显示出这种污染，这意味着巨大行星在白矮星周围很常见。”

因此，任何在太阳死亡后幸存下来的小行星都可能发现自己被木星和土星击中。

这一双重发现令人印象深刻，超出了它对我们行星系统未来的预测——它也只是代表了一项罕见的科学成就。

一次罕见的直接系外行星探测

自20世纪90年代中期发现第一批系外行星以来，天文学家已经发现了大约5000颗太阳系外的行星。根据行星协会的数据，截至2020年4月，这些系外行星中只有50颗是通过直接成像发现的。

这是因为来自如此遥远距离的行星的任何光线通常都会被该行星母星的强光淹没，这使得直接发现系外行星就像看到一只萤火虫停在点亮的灯塔上一样。

因此，通常通过它们对恒星光线的影响来观察系外行星，要么通过它们穿过恒星表面时导致光输出下降，要么通过行星引力牵引恒星时产生的“摆动”运动来观察。

穆拉利说:“我们直接拍摄了这两颗系外行星的图像，这意味着我们拍摄了它们的照片，并看到了行星本身产生的光。”“大多数已发现的系外行星都是使用凌日法或通过测量恒星的运动发现的。这些间接方法倾向于更接近恒星的行星。直接成像更好地发现离恒星更远的行星，轨道间距更大。”

她解释说，通过直接发现这些行星，JWST开启了进一步研究这些世界的可能性；科学家现在可以开始调查行星大气的成分等问题，并直接测量它们的质量和温度。

穆拉利补充说，她和她的团队发现的这些系外行星并非都在意料之中，这些怪癖可能会改变天文学家对这些系外行星的总体看法。

或者，目标世界的奇怪特征可以为长期寻找的系外卫星提供诱人的线索。

“如果这些是行星，那么令人惊讶的是，它们在中红外波段并不像我们预期的那样呈红色。考虑到它们的年龄和15微米的亮度，JWST在5微米和7微米收集的光量比我们预期的要亮，”穆拉利总结道“这可能会挑战我们对系外行星大气物理和化学的理解。

“也可能意味着有另一个光源，比如绕行星运行的受热卫星。”

该团队的研究成果以预印本形式发布在研究资源库网站arXiv上。