詹姆斯·韦伯太空望远镜罕见地发现了两颗绕死亡恒星运行的系外行星

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）已经通过对远距离物体进行成像来证明其在窥视过去方面的实力，但一项新的突破可能会让这个强大的仪器几乎像科学水晶球一样工作，凝视地球遥远的未来。太阳系。

詹姆斯·韦伯太空望远镜在发现两颗太阳系外行星或“系外行星”可能存在罕见的直接方向时做出了预测，它们绕着两颗不同的死亡恒星或“白矮星”运行。

这些行星不仅与太阳系的气态巨行星木星和土星非常相似，而且白矮星也与太阳的命运相对应。当太阳本身变成白矮星时，这种变化可能会摧毁太阳系的内行星——一直到木星。

“在白矮星周围发现的行星很少。这两个候选行星的特殊之处在于，它们在温度、年龄、质量和轨道间隔方面比以前发现的任何行星都更类似于我们外太阳系的行星，这篇尚未经过同行评审的论文的主要作者、太空望远镜科学研究所的天文学家苏珊·穆拉利 (Susan Mulally) 告诉 Space.com。 “这为我们提供了第一次看到恒星死亡后行星系统是什么样子的机会。”

有关的： 这颗“被阻挡”的系外行星相对于它的恒星来说太大了

我们未来的快照

候选行星绕白矮星 WD 1202-232 和 WD 2105-82 运行时，由 JWST 的中红外仪器 (MIRI) 直接观测到。其中一颗候选系外行星与其白矮星宿主的距离约为地球与太阳之间距离的 11.5 倍。另一个候选者距离其死去的母恒星更远，大约是我们的行星和恒星之间距离的 34.5 倍。

这些行星的质量目前还不确定，穆拉利和同事估计它们的质量是太阳系中质量最大的行星木星质量的 1 到 7 倍。

当太阳耗尽其核心核聚变的燃料供应时，它会在大约 50 亿年的时间里膨胀成一颗红巨星。然而，核聚变将在其外层继续进行。这将导致我们恒星的外层到达火星，吞没水星、金星、地球，也许还有红色星球本身。最终，这些外层会冷却，留下燃烧的恒星核心，现在它是一颗白矮星，周围是耗尽恒星物质的行星状星云。

然而，系外行星的发现表明，当太阳死亡时，火星以外的行星、气态巨行星木星和土星可能会发生什么。

“我们的太阳预计将在 50 亿年后变成一颗白矮星，”穆拉利说。 “我们预计，在恒星死亡后，行星会向外漂移，进入更宽的轨道。因此，如果你把这些候选行星的时钟倒转，你会期望它们的轨道间隔类似于木星和土星。”

“如果我们能够确认这些行星，它将提供直接证据，证明像木星和土星这样的行星可以在其主恒星死亡后幸存下来。”

JWST MIRI 仪器观察到的两颗围绕白矮星运行的系外行星 — JWST MIRI 仪器观察到这两颗系外行星围绕着白矮星运行。（图片来源：Mullaney 等人，2024）

此外，这一发现的核心白矮星受到比氢和氦更重的元素的污染，天文学家将其称为“金属”。这可能表明太阳死亡后，火星和木星之间小行星带中的物体会发生什么。

“我们认为巨行星通过将彗星和小行星推向恒星表面而造成金属污染，”穆拉利解释道。 “这些行星的存在加强了金属污染和行星之间的联系。由于25%到50%的白矮星显示出这种类型的污染，这意味着巨行星在白矮星周围很常见。”

因此，任何在太阳死亡后幸存下来的小行星都可能会被木星和土星撞到太阳的尸体上。

这一双重发现令人印象深刻，超出了它对我们行星系统未来的预测，并且代表了一项罕见的科学成就。

罕见的系外行星直接探测

自从 20 世纪 90 年代中期发现第一颗系外行星以来，天文学家已经发现了大约 5,000 个在太阳系外绕恒星运行的世界。据行星协会报道截至 2020 年 4 月，通过直接成像仅发现了 50 颗系外行星。

这是因为，来自如此远距离的行星发出的任何光通常都会被来自该行星母恒星的强光淹没，使得直接发现系外行星类似于看到萤火虫坐在点亮的灯塔灯上。

因此，人们通常通过它们对恒星光线的影响来观察系外行星，要么是在它们凌日、“穿过”恒星表面时导致光输出下降，要么是通过运动中产生的“摇摆”。行星对恒星有引力。

“我们直接对这两颗系外行星进行了成像，这意味着我们捕获了它们的图像并看到了行星本身产生的光，”穆拉利说。 “大多数发现的系外行星都是通过凌日法或通过测量恒星的运动来发现的。这些间接方法往往有利于距离恒星更近的行星。直接成像更适合发现距离恒星更远、轨道间隔更宽的行星。 ”

她解释说，通过直接观察这些行星，詹姆斯·韦伯太空望远镜开启了进一步研究这些世界的可能性。科学家现在可以开始研究行星大气层的成分等，并直接测量它们的质量和温度。

穆拉利补充说，她和她的团队所发现的关于这些系外行星的一切并不是都在意料之中，这些怪癖可能会改变天文学家对此类系外行星的普遍看法。

另外，目标世界的奇异特征可能会为期待已久的系外卫星的方向提供诱人的暗示。

“如果这些是行星，令人惊讶的是它们在中红外波段的颜色并不像我们预期的那么红。詹姆斯·韦伯太空望远镜在 5 微米和 7 微米处收集到的光量比我们对这两个系外行星候选者的预期要亮得多。他们的财产。” 年龄和亮度范围为 15 微米，”穆拉利总结道。“这可能会挑战我们对系外行星大气物理和化学的理解。

“或者这可能意味着还有另一种光源，比如绕地球运行的热月。”

该团队的研究成果可在研究知识库网站上以预印本形式获取 arXiv.

Shao Shuang

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