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尋找白矮星雙星周圍的奇特行星

2019-08-16 09:35:49  來源:新浪科技

藝術示意圖,圍繞白矮星運行的一顆系外行星,白矮星周圍包裹著一個殘骸物質構成的盤狀物

藝術示意圖,圍繞白矮星運行的一顆系外行星,白矮星周圍包裹著一個殘骸物質構成的盤狀物

北京時間8月16日消息,歐洲正在策劃一項未來的空間探測引力波探測任務,這或將幫助科學家們找到科幻小說(電影)《銀河系漫游指南》里的那種奇特行星。

在過去幾年間,借助引力波信號,人類已經發現了好幾對黑洞的存在,不久之后,人們也許就可以發現那些圍繞雙白矮星系統運行的行星,白矮星是中等質量恒星在生命終結階段的狀態,一顆從兩顆恒星的演化歷程中幸存下來的行星,必定是非常非常古老的,在這樣的情況下,兩顆主序星已然演化成為兩顆白矮星,這將需要非常非常久遠的時間。

但是要做到這一點,將需要未來更加先進的探測任務,比如歐洲發展中的“激光干涉空間天線”(LISA)項目。由于引力波探測器相比電磁波探測可以觀察到更遠的宇宙深處,LISA或許將可以檢測到遠在銀河系之外的行星。

LISA計劃在2030年代發射升空,類似這樣的引力波探測器主要用于探測宇宙中致密天體對所產生的引力波信號。這樣的雙星系統包括雙白矮星系統,類似太陽這樣大小的恒星在接近死亡時,就將成為一顆白矮星,不再能夠產生內部的核聚變反應,它將逐漸冷卻和死去。

這類溫度較低的恒星,如果使用光學手段,或者其他電磁波段的探測手段要實現探測難度比較大,而要想探測到它們身邊隱匿的行星,則更像是天方夜譚,到目前為止,科學家們只在白矮星周圍發現過一顆行星,還是使用的非直接觀測手段。

了解有多少行星可以在白矮星周圍幸存下來,對于我們了解行星系統的未來演化歷程十分關鍵,LISA探測器將幫助科學家們做到這一點研究顯示,如果這樣的行星真的存在,那么LISA應該可以發現數百顆新的系外行星。

在過去30年里,天文學家們已經探測到超過4000顆系外行星,這其中真正的突破來自NASA發射的“開普勒”空間望遠鏡,借助“凌星法”,開普勒望遠鏡識別出大量的系外行星目標。所謂凌星法,就是通過精密測光,發現由于行星在視線方向上,從被觀測恒星的前方經過,從而導致恒星亮度出現輕微下降,從而讓科學家們反推出行星存在的技術。

而利用引力波技術對系外行星進行探測,也將是類似的方式。簡單說,一對相互繞轉的白矮星,其產生的引力波信號,與周圍有行星圍繞運行的雙白矮星系統產生的引力波信號是有差異的,對這樣的信號開展研究,將可以粗略估算出隱藏的第三個目標(行星體)的質量大小。

與此同時,只要距離不太遠,電磁波段的探測手段則可以提供一種數據補充,盡管光學波段無法直接觀測到行星體。理論上,LISA將可以檢測到質量僅有50倍地球大小的系外行星。

此外,塔馬尼尼也指出,單個的白矮星周圍如果存在行星,也會產生引力波信號,但這樣的信號太弱,并非LISA或者近期其他計劃中的探測器可以檢測的范圍。

與電磁波段的檢測不同,引力波探測器可以穿透迷霧,LISA可以穿越銀河系的中心區域,檢測到銀河系另一側的信號,甚至是來自周遭其他星系內部的信號,比如大小麥哲倫星云。

恒星的生命終點

在未來大約50億年之后,我們的太陽將會逐漸膨脹成為一顆巨大的紅巨星,隨后慢慢衰亡,成為一顆白矮星,這一過程中,軌道位于最內側的水星和金星將會被摧毀,而地球的軌道將貼著這個巨大的膨脹的瀕死恒星運行,命運難測,但火星和更加外側的行星大體上可以確定將是安全的,它們將繼續圍繞太陽運行。

除此之外,一個行星系統的死亡將可能意味著另一個新的行星系統的新生。目前的研究顯示,一個被摧毀的世界產生的大量碎屑物,比如以太陽系為例,當太陽膨脹時被摧毀的水星和金星的殘骸碎屑物,最終將會圍繞著恒星死亡后殘留下來的白矮星運行。有一種理論認為,此后在這樣的情況下,這些碎屑物將會在白矮星軌道上逐漸形成第二代的行星體,而如果這些浴火重生的行星體質量足夠巨大,那么它們將可以被LISA和其他未來的引力波信號探測設備檢測到。

當如果向這個系統中再多加入一顆白矮星,那么此時這顆行星的命運就將變得不再那么確定,科學家們至少已經在一個雙白矮星系統周圍觀察到行星體殘骸,這至少表明,行星是可以存在于雙白矮星周圍的軌道上的。

但直到LISA發射為止,科學家們無法確定圍繞雙白矮星系統存在行星,到底是少數情況還是常見情況,又或是介于兩者之間,但如果這樣的情況的確存在,那么LISA的發現將幫助科學家們改進他們關于太陽系的誕生以及死亡的相關模型,我們將會目睹一個此前一直處于未知狀態的行星演化階段,而如果這樣的情況不存在,那么這同樣將向研究行星系統演化的科學家們傳遞很多重要信息。

而如果到時候科學家們果真在雙白矮星系統周圍發現行星,那么這簡直就像是《銀河系漫游指南》里面的情節翻版。在這部小說(電影)中,有一個行星叫做Magrathea,它圍繞兩顆恒星運行,這兩顆恒星分別名叫Soulianis 和 Rahm。作者在書中描述這兩顆恒星發出的光是白色的,這或許是兩顆白矮星。

引力波或許并非是有關生命,宇宙和萬物的終極答案。但最終,它或許將幫助我們找到行星Magrathea。(晨風)

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