凌日外行星勘测卫星首次发现绕白矮星旋转的行星

科学家由凌日外行星勘测卫星TESS),首次观测到绕转白矮星行星,其约木星大小,绕转周期34小时(对比水星绕太阳周期约90天)。白矮星前身是太阳质量的恒星,在核心氢气核融合完毕后膨胀成红巨星,而在脱去外层气体后的致密核心即是白矮星(太阳质量的白矮星,仅地球大小)。

此发现特别的是,行星很难在邻近白矮星的轨道绕转。因为,假设行星一开始就在邻近轨道,则在红巨星阶段就会被吞噬。倘若在白矮星形成后,才受其他行星重力影响而移动到邻近轨道,则容易被其强大的潮汐力扯散。因而之前仅观测到绕转的行星碎片。

科学家由行星掠过恒星表面,造成亮度周期性变暗,发现许多系外行星。本次的亮度改变的时间(8分钟)比掠过恒星(大于30分钟)短,加上亮度降低的比例高,显示这是一颗白矮星,而绕转它的星体约木星大小。

太阳系和本次白矮星(WD1856+534)系统的比较图。图a比较太阳和各行星间的距离,及白矮星及其行星的距离,后者的距离较前者小很多。而在1个天文单位的圆弧线,显示白矮星前一个演化阶段的红巨星大小。图b比较太阳和地球的大小,及白矮星和其行星的大小。
太阳系和本次白矮星(WD1856+534)系统的比较图。图a比较太阳和各行星间的距离,及白矮星及其行星的距离,后者的距离较前者小很多。而在1个天文单位的圆弧线,显示白矮星前一个演化阶段的红巨星大小。图b比较太阳和地球的大小,及白矮星和其行星的大小。

木星大小的天体,除了行星外还可能是低质量恒星(红矮星或棕矮星)。因小质量恒星对整体亮度的贡献,在红外线较可见光多,因此不同波长的亮度变化率不同,而变化时间相同。藉由史匹哲(Spitzer)太空望远镜的红外线观测,发现其亮度变化和可见光相同。由于在红外线波段的亮度暗,加上其位处的环境年龄较年轻,因此推论它是行星。

可能的解释是,行星早期离恒星很远,免于被红巨星吞噬。由于在红巨星时期,外层膨胀质量减少,造成其行星绕转轨道改变。模拟发现,行星容易改变成高椭圆率的轨道,因白矮星对行星的潮汐力作用,使轨道慢慢演化(约10亿年)成短周期的圆形轨道。

接下来即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),可用来分析白矮星的光线通过行星大气后的吸收光谱,借此侦测行星大气的水或生物标记性气体(例如甲烷、臭氧),进一步了解其适居性。这份研究刊登于《NATURE》上。

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