科学家首次在双星系统发现巨行星 质量是木星13倍

  过去30年,科学家发现了近4000颗环绕孤星的系外行星。2011年起,科学家可以利用美国宇航局的开普勒望远镜对环绕年轻活跃双星的系外行星进行观测。在这些双星系统,两颗恒星核心的氢仍在燃烧。现在,巴西天文学家首次发现证据,证明一颗巨行星环绕较为古老的双星KIC 10544976运行。KIC 10544976由一颗白矮星和一颗红矮星组成,其中一颗已经死亡。

科學家首次在雙星系統發現巨行星 質量是木星13倍

  美国宇航局的“朱诺”号飞船掠过木星

  巴西天文学家首次发现证据,证明一颗巨行星环绕较为古老的双星运行。这个双星系统由一颗白矮星和一颗红矮星组成,其中一颗恒星已经死亡。研究论文主执笔人、天文学家莱昂纳多·安德拉德·阿尔梅达表示:“我们成功获取了非常坚实的证据,证明一个古老双星系统存在一颗质量相当于木星13倍的巨行星。(木星是太阳系的最大行星。)这是我们第一次在这种双星系统发现巨行星。”

  过去30年,科学家发现了近4000颗环绕孤星的系外行星。2011年起,科学家可以利用美国宇航局的开普勒望远镜对环绕年轻活跃双星的系外行星进行观测。在这些双星系统,两颗恒星核心的氢仍在燃烧。

科學家首次在雙星系統發現巨行星 質量是木星13倍

  美国宇航局的“行星猎人”开普勒望远镜

  在一系列线索的指引下——包括每颗恒星遮住伴星,形成星食所需时间以及轨道周期的变化——巴西天文学家发现了这颗系外行星。它栖身于古老的KIC 10544976双星系统。这个系统座落于北天星座天鹅座。阿尔梅达表示:“KIC 10544976双星轨道周期波动由它们与第三颗天体之间的引力拖拽导致。这颗行星环绕双星的共同质心运转。”

  由于双星的磁活动周期性波动,轨道周期波动不足以证明双星系统存在一颗行星。(太阳的磁场每11年发生磁极翻转。在这个周期内,太阳黑子的数量、规摸和猛烈程度逐渐达到峰值,而后走下坡路。)

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  双星系统艺术概念图

  阿尔梅达指出:“太阳磁活动波动最终导致磁场发生改变。所有孤星都是这种情况。在双星系统,由于我们所说的阿普尔盖特机制,这种波动还会导致轨道周期变化。”有假设认为KIC 10544976的轨道周期波动只由磁活动导致。为了驳斥这种假设,研究人员对星食耗时变化和KIC 10544976中仍“健在”的恒星的磁活动周期进行了分析。

  KIC 10544976由一颗白矮星和一颗红矮星组成,前者是一颗死亡的低质量恒星,表面温度极高,后者的磁活动较为活跃,质量不及太阳,因能量输出较低,光度不高。2005年至2017年,科学家借助地面望远镜对两颗恒星进行观测,2009年至2013年又借助开普勒望远镜进行观测。

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  巨型麦哲伦望远镜艺术概念图

  阿尔梅达表示:“这个系统非常独特。没有其它的类似系统可以提供足够数据,帮助我们计算轨道周期波动和‘活星’的磁活动周期。”借助开普勒的观测数据,他们能够根据耀斑的速度和能量以及黑子导致的变化,估算这颗红矮星的磁活动周期。耀斑是大规模的电磁辐射喷发。黑子是表面温度较低的恒星暗区。

  数据分析结果显示这颗红矮星的磁活动周期为600天,与预计的低质量孤星磁活动周期一致。据估计,KIC 10544976双星的轨道周期为17年。阿尔梅达指出:“这完全推翻了轨道周期波动只由磁活动导致的假设。可信度最高的解释是,一颗质量达到木星13倍的巨行星环绕双星。”

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  气态巨行星艺术概念图

  不过,这颗巨行星如何形成仍是一个未知数。一种假设认为几十亿年前这颗行星与两颗恒星一同形成和演化。如果是这种情况,它便是第一代行星。另一种假设认为,它由白矮星死亡过程中喷射的气体形成,是第二代行星。

  借助主镜直径超过20米的新一代地面望远镜——例如智利阿塔卡马沙漠的巨型麦哲伦望远镜——科学家能够证实它的身份,同时直接探测到它的存在。巨型麦哲伦望远镜将于2024年正式服役。阿尔梅达说:“我们对包括KIC 10544976在内的20个恒星系统进行了观测,绝大多数只能在南半球观测到。巨型麦哲伦望远镜将允许我们对这些天体进行直接观测,获取系统内天体如何形成和奇异环境演化的重要信息,同时解答‘是否存在生命?’这个关键性疑问。”

   翻译:牛树军

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