這將會是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆河外行星嗎？

圖 1第一顆河外恒星：這顆可能存在的恒星呈藍(lán)紫相間，它的旋臂伴隨著明亮的粉紅色且正方形周圍有著細(xì)小的白色斑點。在星系M51的照片里，我們可以看到數(shù)億顆星星在環(huán)繞中央旋轉(zhuǎn)著，也被稱為渦狀星系，它旁邊還有一個伴隨著它旋轉(zhuǎn)的更小的星系NGC5195。它們都位于距離地球3000萬光年的地方。這個正方形展現(xiàn)出了這顆可能存在的星球的位置，可能將會是我們知曉的第一顆河外行星?？梢姽夂蚗射線的渦狀星系的結(jié)合體的圖像

圖源：Chandra/ Hubble Space Telescope/?ESA/ NASA/ CXC/ SAO/ R. DiStefano, et al./ STScI/ Grendler.

第一顆河外行星？

一個天文學(xué)家團(tuán)隊認(rèn)為他們可能檢測到了位于我們銀河系外的第一顆河外行星，位于遠(yuǎn)在另一個渦狀星系之內(nèi)。M51，著名的渦狀星系，位于我們可以看到的獵犬座星系的那個方向。大約距離我們地球有3000萬光年的距離，因為這個渦狀星系離我們足夠的近而且它足夠的巨大，在黑暗中我們很容易就可以使用雙筒望遠(yuǎn)鏡去觀測到它。但是好運總是會挑出這成百上千萬顆旋轉(zhuǎn)著的星球中的一些星球。所以天文學(xué)家們是如何發(fā)現(xiàn)這一顆暗淡的星星的呢？答案就藏在一個雙星系統(tǒng)所得到的X射線的數(shù)據(jù)，也就是一顆普通星星繞著的中子星或者黑洞的軌道那里發(fā)射出來的。天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這個系統(tǒng)中存在的光線下降的情況的出現(xiàn)。他們相信這種減弱也許也就暗示了這個第一顆知曉的河外行星正在經(jīng)過X射線源的前方。

經(jīng)過同行評議的雜志期刊《自然天文》在2021年10月25日刊登了這幾位科學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)。

在一個遙遠(yuǎn)的星系尋找到一顆行星不是一件容易的事情。星系是由數(shù)百萬顆恒星所組成的。行星繞著恒星旋轉(zhuǎn)，而且會被恒星的光輝所隱藏。外加星系在我們的天空中又是那么小的一束。所以在很大情況下對于天文學(xué)家來說在可見到的光束中看到某些恒星是不可能的。但是，對于X射線來說這就是不一樣的故事了。有很少可見到的物體發(fā)射X射線的光束，也造就了它們更加容易被識別出來。看上面這個有可見光和X射線的渦狀星系的結(jié)合體的圖像后再看看下面緊接著的這個只有X射線的渦狀星系的圖像。

圖 2黑色背景下有著不同光亮的模糊不清的藍(lán)色斑點。這個觀測系統(tǒng)以X射線的波長捕捉到了這張渦狀星系的照片。這些X射線源中有的是有著中子星或者黑洞的雙星系統(tǒng)。

圖源：ESA

聚焦雙星系統(tǒng)的X射線

X射線雙星是搜尋河外行星的絕佳靶向。在一束雙星射線中，一顆中子星或者黑洞的補(bǔ)給的材料來源于它的伴星，通常是一顆普通的恒星。這向內(nèi)掉的物質(zhì)通常會形成圍繞著黑洞或者是中子星的磁盤。這個過程的富有能量并且環(huán)繞在這向內(nèi)陷入的星星的物質(zhì)上和磁盤上，最后產(chǎn)生X射線。方法是這樣的：就很在我們自己的太陽系外的星球所發(fā)現(xiàn)的傳輸?shù)姆椒ㄊ谴笾露际且粯拥模ㄒ粋€遙遠(yuǎn)的行星從一顆恒星前面經(jīng)過，行星的遮擋造成恒星的光亮有所減弱），所以來自遙遠(yuǎn)星系的行星也可能會造成在可看到的X射線雙星上的減弱。

來自哈佛史密森尼天體物理學(xué)中心的本文第一作者羅莎妮 德 斯蒂芬說：

X射線雙星可能是尋找行星的理想之地，因為，雖然它們比我們的太陽要明亮一百萬倍，但是X射線是來源于一個非常小的范圍的。事實上，我們所研究的這個射線源是比木星還要小的，所以任何一顆處于傳輸過程中的行星都可以完全遮住來自X射線雙星的光亮。

這支隊伍使用的是來自錢德拉和XMM-牛頓衛(wèi)星的望遠(yuǎn)鏡。在找到這顆引人入勝的備選星球：M51-ULS-1之前，他們已經(jīng)尋找了三個星系。數(shù)據(jù)收到了一個下降的時刻-來自于這對被完全遮擋住X射線信號的雙子星-大約持續(xù)了3個小時。

排除了其他的可能性

所以科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這顆河外行星的X射線有著3小時的減弱。這個減弱可能就表明了它是一顆行星。但是這支隊伍排除了其他的可能的理由。德 斯提芬說：

我們最初必須得先確定這個信號不是由其他原因引起的。我們通過深入分析來自錢德拉的X射線的數(shù)據(jù)，也分析了來自XMM-牛頓衛(wèi)星的關(guān)于其他的減弱和信號的數(shù)據(jù)，同時還對其他的包括行星在內(nèi)的可能出現(xiàn)的事件進(jìn)行的建立信號減弱的模型的分析。

他們考慮是不是氣或者灰塵可能會造成X射線源的阻擋和減弱。但是發(fā)現(xiàn)的輻射表明這被遮住的物體有一個很好的表面。所以無定形的星云不符合這個要求。

后來，他們認(rèn)為是一些矮行星造成的，例如紅色或棕色的矮行星，作為這個系統(tǒng)的第三個物體并且可能是造成X射線減弱的罪魁禍?zhǔn)住５沁@個雙星系統(tǒng)實在是太年輕了，同時這個如果這個矮行星作為這個解釋的話，那它作為傳輸物體實在太大了。

接下來，他們想到是否這個輻射源它自己內(nèi)部的輻射存在的變化可以解釋這個減弱。但是最后他們說也與這種可能無關(guān)。那是因為，盡管這個輻射源的光亮?xí)讉€小時，但是當(dāng)它恢復(fù)到原來的溫度和顏色時又會與最初是一樣的。

最后，他們考慮是否這顆恒星它自己是在光亮上減弱的源頭。但是當(dāng)他們將可疑的減弱與其他的光亮的阻礙相比較時，最終也否認(rèn)了這個可能。當(dāng)這顆伴星從這顆X射線源前面經(jīng)過時，遮擋的時間遠(yuǎn)比3小時的減弱要唱。德 斯蒂芬解釋道：

為了觀察是否這個減弱有行星的傳輸運動的特點，我們做了電腦模擬，我們發(fā)現(xiàn)那是完全正確的想法。我們對于這不是其他別的原因和我們已經(jīng)找到了來自銀河系外的第一顆候選行星表示十分肯定和自信。

尋找河外行星的計劃

圖 3具有宇宙飛船和附注的空間物的圖表。

使用ESA的XMM-牛頓衛(wèi)星和NASA的錢德拉的X射線空間望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)有東西短暫的遮住了來自渦狀星系的X射線雙星的光線。在排除了其他的可能性后，他們認(rèn)為是由一個土星般大小的行星遮住了這個光線。圖源：NASA

如果它是一顆行星，那么它長什么樣子呢？

基于他們的觀察，這支隊伍認(rèn)為這個行星可能與土星的大小相似。它可能處于一個為日地距離數(shù)十倍的雙星系統(tǒng)的軌道半徑中運動。他們認(rèn)為這顆河外行星的一次公轉(zhuǎn)周期是地球上的70年。這個X射線源可能由于數(shù)量無限大的輻射形成了這顆行星，可能上面缺乏我們所知的生物。

因為這顆行星有著接近70年的軌道周期，科學(xué)家們可能在不久就不能在任何時候重復(fù)觀察了。沒有多次的觀察結(jié)果，這顆河外行星現(xiàn)在就只能是一顆行星候選者罷了。就像德 斯蒂芬說他們無法確保的那樣：

我們只能肯定的說它不適合我們其他的解釋。

如果它確實是一顆河外行星，那么它將不僅是這類星球的第一顆，而且還將會是已知的環(huán)繞在X射線雙星系統(tǒng)的第一顆行星。而且還有更多的有待發(fā)現(xiàn)。德 斯蒂芬說：

現(xiàn)在我們有了可能在其他星系尋找可能存在的行星候選者的新方法，我們的希望是通過觀察這些來源于接收器的可獲得的X射線數(shù)據(jù)，我們會發(fā)現(xiàn)更多這樣子的行星。在未來可能我們就能確定它們的存在了。

圖 4黑色的物體遮住了巨型白星旁邊的小小的，正在成長的物體。在星系M51里的雙星旁邊發(fā)現(xiàn)的河外行星的想象圖。一顆行星可能從一個圍繞著中子星或者黑洞的X射線源前面經(jīng)過，遮住了射線源的光線。圖源：ESA/NASA/CXC/M.Weiss.

要旨：科學(xué)家們相信他們已經(jīng)通過分析來自于著名的渦狀星系中，就像環(huán)繞著一顆普通的恒星的中子星或者黑洞那樣的雙星系統(tǒng)的X射線發(fā)現(xiàn)了第一顆河外行星。

BY: Kelly Kizer Whitt

FY:志留紀(jì)

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