周三下午三點(diǎn),蘇格蘭圣安德魯斯大學(xué)的天文學(xué)家瑞安·麥克唐納盯著屏幕上的光譜曲線,反復(fù)核對了一組數(shù)字。他的團(tuán)隊(duì)剛剛用詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡完成對一顆系外行星的凌星觀測,但反饋回來的溫度值讓他以為自己看錯(cuò)了:127攝氏度。這比理論預(yù)測足足高出約133開爾文,對于一顆圍繞白矮星運(yùn)行的行星來說,熱得完全不合理。
“這就好比你在冰箱里發(fā)現(xiàn)了一塊剛出爐的牛排。”麥克唐納后來這樣解釋他們的困惑。他領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究發(fā)表于7月的《自然》期刊,所觀測的目標(biāo)是編號(hào)WD 1856 b的氣態(tài)巨行星——一顆大小與木星相仿,卻繞著一顆地球大小的死亡恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的古怪天體。這顆白矮星WD 1856+534距地球約80光年,是類太陽恒星耗盡燃料后坍縮成的致密殘骸,而它的行星,正在用一種不合常理的高溫講述一段暴烈的往事。
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WD 1856 b最早在2020年由NASA的系外行星巡天衛(wèi)星TESS和斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡聯(lián)手發(fā)現(xiàn),它是人類確認(rèn)的第一顆完整存活、近距離環(huán)繞白矮星的行星。它的軌道半徑只有地球公轉(zhuǎn)軌道的2%,公轉(zhuǎn)一周僅需1.4個(gè)地球日。更夸張的是體積對比:宿主白矮星大小和地球差不多,而行星WD 1856 b的體積卻是這顆恒星的七倍。麥克唐納感嘆:“一顆和木星一樣大的行星,繞著一顆地球大小的恒星轉(zhuǎn),這樣的組合太不真實(shí)了。”
反常的溫度直接指向一個(gè)核心謎題:這顆行星究竟是怎么跑到如今這么近的軌道上的?如果在恒星膨脹為紅巨星時(shí)它就已經(jīng)在這個(gè)位置,早該被撕碎吞噬了。西北大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員克里斯托弗·奧康納提出了兩種主流假說:要么恒星瀕死時(shí)曾將行星吞入內(nèi)部、行星僥幸存活,要么是系統(tǒng)內(nèi)其他天體的引力拉扯讓它后來向內(nèi)遷移。而WD 1856+534恰好是一個(gè)三合星系統(tǒng),外側(cè)的兩顆伴星很可能扮演了推手角色。
溫度成了區(qū)分兩種假說的關(guān)鍵。如果僅僅依賴白矮星微弱的輻射加熱,WD 1856 b的表面溫度應(yīng)該比現(xiàn)在低大約240華氏度,但韋布望遠(yuǎn)鏡實(shí)測的結(jié)果是260華氏度(127攝氏度)。多出來的熱量只可能是“余熱”——要么來自曾被紅巨星包裹烘烤,要么來自遷移過程中引力潮汐的劇烈摩擦。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步測出行星質(zhì)量為木星的4至11倍,并據(jù)此建模推演了數(shù)十億年間的冷卻曲線,結(jié)果指向一個(gè)清晰的時(shí)間窗口:行星大約在30億至55億年前經(jīng)歷過一次猛烈升溫,而它的宿主恒星轉(zhuǎn)化為白矮星的時(shí)間比這還要早。
這意味著WD 1856 b躲過了恒星紅巨星階段的毀滅,是在白矮星形成之后才從遠(yuǎn)處向內(nèi)遷移的。奧康納解釋說:“當(dāng)行星向內(nèi)側(cè)移動(dòng)時(shí),白矮星強(qiáng)大的引力持續(xù)作用,讓行星大幅升溫,從那以后它便一直在緩慢冷卻,直到今天我們測到這些余溫。”換句話說,這顆行星身上烙印的不是吞噬的傷疤,而是一次遲來的軌道遷徙。
麥克唐納把這次發(fā)現(xiàn)比作一次時(shí)光旅行:“以往我們用望遠(yuǎn)鏡都是回望宇宙的過去,但這是人類第一次得以窺見類太陽恒星死亡后,外側(cè)行星可能迎來的命運(yùn)。就像搭乘時(shí)光機(jī),提前眺望太陽系遙遠(yuǎn)的未來。”他所指的正是我們太陽的終局——約60億年后,太陽核心氫燃料耗盡,先膨脹為紅巨星吞噬水星、金星甚至地球,然后拋散外層大氣,最終縮成一顆白矮星。木星等外側(cè)行星雖能逃過被吞沒的厄運(yùn),卻很可能也會(huì)像WD 1856 b一樣,在引力擾動(dòng)下向內(nèi)遷移,靠近那顆余燼般的太陽殘骸。
“恒星的消亡并非一切的終點(diǎn),”麥克唐納補(bǔ)充說,“部分行星在宿主恒星死后,還會(huì)迎來全新且活躍的演化階段。”這一觀點(diǎn)直接挑戰(zhàn)了我們對行星命運(yùn)的固有想象。在過去的敘事里,恒星死亡往往等于行星系統(tǒng)的句號(hào),而WD 1856 b證明,劇終之后或許還有第二幕。
實(shí)現(xiàn)這次觀測的韋布望遠(yuǎn)鏡再次展現(xiàn)了令人窒息的靈敏度。與韋布日常凝視的恒星相比,白矮星WD 1856+534的亮度極其微弱,康奈爾大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員維多利亞·伯姆指出:“這顆行星每次凌星僅持續(xù)8分鐘,倏忽即逝。只有韋布望遠(yuǎn)鏡既能快速捕捉完整的凌星過程,又能收集足夠多的光來解析白矮星的光譜。”若非這臺(tái)耗資百億美元的設(shè)備,這顆跨越死亡的行星很可能一直沉睡在數(shù)據(jù)噪聲里。
目前團(tuán)隊(duì)的探索才剛剛開始,他們還在持續(xù)搜尋更多環(huán)繞白矮星的行星。對麥克唐納而言,WD 1856 b只是一個(gè)序章。“我們利用韋布開展死亡恒星行星觀測的旅程,幾乎還沒邁出第一步。”他說。而那顆比預(yù)期熱得多的氣態(tài)巨行星,就像一扇偶然推開的窗,讓人們得以窺見太陽系60億年后的模糊剪影。
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