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宇宙中竟存在這兩顆奇異行星:不可思議

 一林冷月圖書館 2019-08-17

歐洲正在策劃一項未來的空間探測引力波探測任務(wù),這或?qū)椭茖W(xué)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(jīng)發(fā)現(xiàn)了好幾對黑洞的存在,不久之后,人們也許就可以發(fā)現(xiàn)那些圍繞雙白矮星系統(tǒng)運行的行星,白矮星是中等質(zhì)量恒星在生命終結(jié)階段的狀態(tài),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(yuǎn)的時間。

但是要做到這一點,將需要未來更加先進(jìn)的探測任務(wù),比如歐洲發(fā)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(yuǎn)的宇宙深處,LISA或許將可以檢測到遠(yuǎn)在銀河系之外的行星。

LISA計劃在2030年代發(fā)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(chǎn)生的引力波信號。這樣的雙星系統(tǒng)包括雙白矮星系統(tǒng),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(chǎn)生內(nèi)部的核聚變反應(yīng),它將逐漸冷卻和死去。

這類溫度較低的恒星,如果使用光學(xué)手段,或者其他電磁波段的探測手段要實現(xiàn)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(xué)家們只在白矮星周圍發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的未來演化歷程十分關(guān)鍵,LISA探測器將幫助科學(xué)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(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)數(shù)百顆新的系外行星。

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

而利用引力波技術(shù)對系外行星進(jìn)行探測,也將是類似的方式。簡單說,一對相互繞轉(zhuǎn)的白矮星,其產(chǎn)生的引力波信號,與周圍有行星圍繞運行的雙白矮星系統(tǒng)產(chǎn)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(biāo)(行星體)的質(zhì)量大小。

與此同時,只要距離不太遠(yuǎn),電磁波段的探測手段則可以提供一種數(shù)據(jù)補(bǔ)充,盡管光學(xué)波段無法直接觀測到行星體。理論上,LISA將可以檢測到質(zhì)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(chǎn)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(qū)域,檢測到銀河系另一側(cè)的信號,甚至是來自周遭其他星系內(nèi)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(nèi)側(cè)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(cè)的行星大體上可以確定將是安全的,它們將繼續(xù)圍繞太陽運行。

除此之外,一個行星系統(tǒng)的死亡將可能意味著另一個新的行星系統(tǒng)的新生。目前的研究顯示,一個被摧毀的世界產(chǎn)生的大量碎屑物,比如以太陽系為例,當(dāng)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(rèn)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(zhì)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(shè)備檢測到。

當(dāng)如果向這個系統(tǒng)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(xué)家們至少已經(jīng)在一個雙白矮星系統(tǒng)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(fā)射為止,科學(xué)家們無法確定圍繞雙白矮星系統(tǒng)存在行星,到底是少數(shù)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(fā)現(xiàn)將幫助科學(xué)家們改進(jìn)他們關(guān)于太陽系的誕生以及死亡的相關(guān)模型,我們將會目睹一個此前一直處于未知狀態(tài)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(tǒng)演化的科學(xué)家們傳遞很多重要信息。

而如果到時候科學(xué)家們果真在雙白矮星系統(tǒng)周圍發(fā)現(xiàn)行星,那么這簡直就像是《銀河系漫游指南》里面的情節(jié)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(fā)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(guān)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。

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