2019年12月09日 #智利多元#科学与知识

白矮星周围发现首颗巨行星

一个研究小组利用欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜,首次发现了与一颗白矮星相关的巨型行星存在的证据。这颗行星近距离地围绕着炙热的白矮星(类太阳恒星的残余物)运行,这意味着这颗行星正在失去大气层,恒星周围正在形成一个气体盘。这个独特的系统为我们提供了一些线索,让我们了解我们自己的太阳系在遥远的未来可能是什么样子。

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英国华威大学的研究员鲍里斯-甘西克(Boris Gänsicke)说:"这是一个偶然的发现,"他领导了今天发表在《自然》杂志上的这项研究。研究小组对斯隆数字巡天观测到的大约 7000 颗白矮星进行了研究,发现其中一颗与其他白矮星不同。通过分析恒星光线的微妙变化,他们发现了化学元素的踪迹,其数量是科学家们以前从未在白矮星中观测到过的。"他们说:"我们知道这个系统一定有什么特殊之处,我们推测它可能与某种行星残余物有关。

为了进一步了解这颗名为 WDJ0914+1914 的不寻常恒星的特性,研究小组利用位于智利阿塔卡马沙漠的欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)上的 X-shooter 仪器对其进行了分析。这些跟踪观测证实了白矮星上存在氢、氧和硫。通过研究ESO的X-shooter拍摄到的光谱中的细节,研究小组发现这些元素存在于向白矮星旋转的气体盘中,而不是来自恒星本身。

"智利瓦尔帕莱索大学的马蒂亚斯-施赖伯(Matthias Schreiber)计算了这个系统过去和未来的演化过程,他说:"我们花了几个星期的时间才得出结论,制造这样一个圆盘的唯一方法就是巨行星的蒸发。检测到的氢、氧和硫的含量与海王星和天王星等冰质巨行星深层大气中的含量相似。如果这样一颗行星的轨道靠近一颗炙热的白矮星,那么恒星的极强紫外线辐射会将它的外层剥离,其中一些被剥离的气体会旋转成一个圆盘,吸积到白矮星上。这就是科学家们认为他们在 WDJ0914+1914 周围看到的情况:第一颗围绕白矮星运行的蒸发行星。

通过将观测数据与理论模型相结合,来自英国、智利和德国的天文学家小组得以更清晰地勾勒出这个独特系统的轮廓。白矮星体积小,温度极高:28000 摄氏度(是太阳温度的五倍)。相比之下,这颗行星又大又冰,至少是恒星的两倍。由于它近距离地围绕着这颗炙热的白矮星运行,仅用了 10 天就完成了整个轨道,恒星的高能光子正在逐渐剥离它的大气层。大部分气体逃逸出去,但也有一部分被困在一个圆盘中,这个圆盘以每秒 3000 吨的速度围绕恒星旋转。正是这个圆盘让这颗原本隐藏起来的海王星般的行星变得清晰可见。

华威大学的奥黛特-托洛扎说:"这是我们第一次能够测量到圆盘中氧气和硫磺等气体的含量,这为了解系外行星大气的组成提供了线索,"她为白矮星周围的气体圆盘建立了一个模型。

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像太阳这样的恒星在其生命的大部分时间里都在其核心燃烧氢。一旦燃料耗尽,它们就会膨胀,成为红巨星,体积比太阳大数百倍,并吞噬附近的行星。就太阳系而言,这将包括水星、金星甚至地球,它们将在大约 50 亿年后被红巨星太阳吞噬。最终,类太阳恒星会失去外层,只留下垂死的内核,即白矮星。这些恒星残骸仍然可以孕育行星,据说银河系中就有许多这样的恒星系统。然而,到目前为止,科学家们还从未发现过白矮星周围有一颗幸存的巨行星的证据。此次探测到的围绕 WDJ0914+1914 星运行的系外行星,位于巨蟹座约 1500 光年之外,可能是众多围绕此类恒星运行的系外行星中的第一颗。

据研究小组称,这颗系外行星是在ESO的X-shooter仪器的帮助下发现的,它围绕白矮星运行的距离只有1000万公里,即太阳半径的15倍,这表明在过去它一定是被淹没在这颗红巨星的深处。这颗行星不寻常的位置意味着,在主恒星变成白矮星之后的某个时刻,这颗行星向它靠近了一些。天文学家认为,这个新的轨道可能是与该星系中其他行星引力相互作用的结果,这意味着可能有不止一颗行星在脱离主恒星的剧烈转变中幸存了下来。

"直到最近,很少有天文学家停下来思考绕垂死恒星运行的行星的命运。这次发现一颗行星环绕着一颗已熄灭的恒星核心运行,有力地证明了宇宙正在一次又一次地挑战我们的思维,促使我们超越自己的固有观念,"Gänsicke 总结道。

其他信息

这项研究工作发表在《自然》杂志上的一篇科学论文中。团队成员包括Boris Gänsicke(英国华威大学物理系及系外行星和宜居性研究中心);Matthias Schreiber(智利瓦尔帕莱索大学物理和天文学研究所,行星形成研究千年核心);Odette Toloza(英国华威大学物理系);Nicola Gentile Fusill(智利瓦尔帕莱索大学);Odette Toloza(英国华威大学物理系)、Nicola Gentile Fusillo(英国华威大学物理系)、Detlev Koester(德国基尔大学理论物理和天体物理研究所)和 Christopher Manser(英国华威大学物理系)。

欧洲南方天文台是欧洲主要的政府间天文组织,也是世界上最富有成果的天文台。它有 16 个成员国:奥地利、比利时、捷克共和国、丹麦、芬兰、法国、德国、爱尔兰、意大利、荷兰、波兰、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士、英国和美国,智利为东道国,澳大利亚为战略伙伴。欧洲南方天文台有一项雄心勃勃的计划,重点是设计、建造和运行强大的地面观测设施,使天文学家能够取得重要的科学发现。欧洲南方天文台还在促进和组织天文研究合作方面发挥着重要作用。欧洲南方天文台在智利有三个独特的观测设施:拉西利亚、帕拉纳尔和查伊南托尔。在帕拉纳尔,欧洲南方天文台运行着超大望远镜及其 VLTI(超大望远镜干涉仪)--世界上最先进的干涉仪,以及两台巡天望远镜:VISTA(用于天文学的光学和红外巡天望远镜),用于红外巡天;VST(VLT 巡天望远镜),用于可见光巡天。欧洲南方天文台还是查伊南托尔 APEX 和 ALMA 这两个设施的合作伙伴,APEX 和 ALMA 是目前世界上最大的天文学运行项目。最后,在帕拉纳尔附近的 Cerro Armazones,欧洲南方天文台正在建造 39 米的超大望远镜(ELT),它将成为 "世界上最大的天空之眼"。

欧洲南方天文台新闻稿的翻译工作由欧洲南方天文台科学外联网络(ESON)的成员负责,该网络包括来自欧洲南方天文台所有成员国和其他国家的外联专家和科学传播者。
ESON 网络的西班牙节点由 J. Miguel Mas Hesse 和 Natalia Ruiz Zelmanovitch 代表。

资料来源资料来源:欧洲南部天文台
取自 https://www.eso.org/public/chile/news/eso1919/

链接
科学文章 https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1919/eso1919a.pdf
VLT 照片 : https://www.eso.org/public/images/archive/category/paranal/

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