你或許在腦中試過這個畫面:一顆像木星那么大的行星,繞著一顆只有地球那么小的“死星”打轉——行星比它眼前的“太陽”足足大出七倍。這不是科幻小說的離奇設定,而是韋布空間望遠鏡(James Webb Space Telescope)剛剛帶回的、實實在在的觀測結果。一個國際天文學家團隊把目光對準了80光年外一顆名叫WD 1856b的系外行星,第一次看清了它那透著秘密的大氣,也由此翻開了一場關于行星生死存亡的激烈辯論。
事情要從那顆小得不像話的“死星”說起。它編號WD 1856+534,是一顆白矮星,已經在宇宙中存在了大約100億年。白矮星其實是像我們太陽這般大小的恒星耗盡燃料后留下來的致密遺骸。圣安德魯斯大學的天文學家Ryan MacDonald說得直白:“多數恒星——包括我們的太陽——終將死亡,最后留下一顆白矮星。”這話毫不夸張:大約五十億年后,太陽也會走完紅巨星階段,外層物質散逸,核心坍縮成一顆地球大小的白矮星。而那時,木星和土星之類的巨行星是會被吞沒、蒸發,還是能找到辦法活下來,科學界并沒有確切的答案。正因如此,WD 1856b這顆“繞死星巨行星”就成了一個天然的實驗室。
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這顆行星早在2020年就被NASA的凌星系外行星巡天衛星(TESS)和斯皮策空間望遠鏡聯手發現。它半徑大約是木星的0.9倍,質量則寬泛地落在木星的4.3倍到10.9倍之間,屬于不折不扣的氣態巨行星。最富戲劇性的還是它與主星的比例——用MacDonald的話說:“行星差不多跟木星一樣大,但它繞著的白矮星只有地球大小,所以行星是恒星大小的七倍。”在天文學里,行星比恒星還大并不常見,當這個組合還帶著“恒星已死”的背景,就更是把一堆問號直接砸向了我們。
韋布望遠鏡的近紅外光譜儀(NIRSpec)對準這顆行星時,事情開始變得格外有趣。研究團隊在WD 1856b的大氣中探測到了碳氫化合物的信號,其中極有可能是甲烷,同時還有氣溶膠——也就是小小的云粒子。康奈爾大學的天文學家Victoria Boehm難掩興奮:“我們看見了微小云粒子和碳氫化合物(很可能是甲烷)的明顯特征,這是人類第一次在一顆穿過死星前方的行星上觀測到行星大氣。”在此之前,科學家已經知道有行星圍繞著白矮星運轉,暗示在恒星演化為紅巨星而后收縮為白矮星的劇烈過程中,某些行星確實能存活下來。但這些幸存者的大氣究竟是由什么構成的,誰也說不清楚。這一次,韋布把謎面翻開了。
除了吸收光譜留下的化學“指紋”,望遠鏡還捕捉到了行星夜晚一側發出的熱輻射。將所有這些線索拼在一起,研究人員估算出WD 1856b的大氣溫度大約為390–412開爾文,換算成我們習慣的攝氏度,就是117°C到139°C。這個溫度比普通的巨行星高出一大截———類木星行星在沒有額外熱源的情況下,預期溫度不過160開爾文,也就是零下113°C左右。換句話說,這顆行星正發著“高燒”。
高燒的原因,幾乎必定與一段危險的過去有關。根據研究團隊的推演,WD 1856b最初很可能待在一條距離恒星相當遠的安全軌道上。在它的主星膨脹成紅巨星、外層熾熱翻滾的那段毀滅性歲月里,行星因為軌道夠寬,得以避開被直接氣化或吞沒的厄運。直到恒星坍縮成白矮星之后很久,它才開始向內遷移,一步步走到今天觀測到的位置。
西北大學的天文學家Christopher O?Connor把這段遷移歷程描述得很有畫面感:“隨著行星向內移動,它與白矮星強大引力之間的相互作用會導致它顯著升溫,而且它從那時起就一直在慢慢冷卻。”這就像一個大鐵球被拖著靠近烈焰熊熊的余燼,被烤得滾燙,然后緩慢散熱。怪就怪在,根據模型估算,這段加熱大概率發生在恒星變成白矮星之后的30億到55億年之間。也就是說,行星并不是在紅巨星風暴中直接受灼,而是在“和平時期”突然經歷了一場引力摩擦帶來的熱浪。
到此,一切問題都匯成一個追問:WD 1856b究竟是怎么落到今天這個位置的?這恰是當前最大的辯論點。O?Connor直截了當地點明:“存在兩種理論。一種是,這顆行星在宿主恒星死亡時被吞進內部,卻在里面存活了下來。另一種是,遷移是由系統中其他天體的引力效應觸發的。”
你可以把第一條路叫作“不死鳥劇本”。想象一下,當恒星膨脹成紅巨星時,它的外大氣層遠遠超出今日我們所見的地球軌道,足以將靠得太近的行星整個吞沒。按照傳統認知,普通行星一旦墜入恒星的“胃袋”,就會在極端高溫和阻力中解體、蒸發。但在這個劇本里,WD 1856b不知以什么方式硬扛過了被吞沒的階段,在白色侏儒殘骸內部或極近處堅持到了最后,隨后重新浮現——或者從未被徹底毀掉。這種僥幸存活的機制目前還取決于很多未知,比如行星的密度、恒星拋射物質的方式、以及吞沒過程中行星是否能夠向恒星轉移能量讓自己免于墜入最致命的內核。韋布此次發現的大氣特征——光譜中檢測到的甲烷和云粒子——倒是說明這顆行星的化學成分還相對完好,至少沒有被徹底剝光外衣。不過,單憑這些信號還遠不足以斷定它真的走過吞沒—幸存那條險路。
第二種理論則把責任推給“第三者”。白矮星WD 1856+534并非孤家寡人,它實際上是一個三星系統的成員。原文資料明確指出這一點。多星系統中,恒星與恒星之間、行星與伴星之間的引力舞蹈遠比單星環境復雜得多。假如某個伴星經過恰當的距離,其引力就可能像“彈弓”一樣擾動行星的軌道,使之在漫長的歲月里慢慢向內遷移。這種引力遷移在系外行星研究中并不陌生,許多
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