天文學家發現一顆系外行星正朝著毀滅的方向行進
開普勒-1658b在圍繞其老化的恆星運行時即將消亡,這為科學家們提供了一個洞察其他行星及其演變中的太陽系命運的機會。天文學家對一顆系外行星進行觀察時有了突破性的發現,它的軌道在圍繞一顆老化的恆星運行時正在惡化。這顆注定要毀滅的行星是由開普勒太空望遠鏡首次發現的,它正與其膨脹的恆星發生碰撞,最終導致其毀滅。
一顆系外行星的軌道在圍繞一顆衰老的恆星運行時發生了衰變,它的發現提供了對行星軌道衰變的漸進過程的新認識,使人們第一次看到了處於最後階段的太陽系。被一顆恆星吞噬的命運被認為是許多行星的最終命運,包括大約50億年後的地球。據科學家稱,系外行星開普勒-1568b在遭遇滅頂之災之前只剩下不到300萬年。
普林斯頓大學的亨利-諾里斯-拉塞爾天體物理學博士後阿什利-瓊托斯是發現開普勒-1658b正在圍繞其老化的恆星螺旋式地走向滅亡的團隊的一員,為了解其他世界在其太陽系演變過程中的命運提供了機會。資料來源:普林斯頓大學天體物理科學系的斯蒂芬妮-賴夫。
普林斯頓大學天體物理學系亨利-諾里斯-羅素博士後研究員阿什利-瓊托斯說:”幾十年來,我們一直有理論家預測恆星及其行星的命運,但我們以前從未有觀測數據來檢驗它們。我們也可以從我們自己的太陽系方面來考慮這個問題。一旦太陽將其所有的氫氣融合成氦氣,地球將生存多久?我們有一些想法,但最終很難確定。這些單行星系統對於幫助固定這些不同的理論來說真的很重要。”
Chontos是《天體物理學雜誌通訊》中一項新研究的第二作者,描述了研究人員對這顆注定失敗的系外行星的觀察。
第一作者是Shreyas Vissapragada,哈佛大學和史密森學會的51 Pegasi b研究員。”他說:”我們以前曾檢測到系外行星向其恆星內旋的證據,但我們以前從未見過這樣一顆圍繞進化恆星行進的行星。”
對於類似於太陽的恆星來說,”進化”指的是那些已經將所有的氫氣融合成氦氣並進入其生命的下一個階段的恆星。在這種情況下,該恆星已經開始膨脹成一個亞巨星。Vissapragada說:”理論預測,進化的恆星非常有效地從它們的行星軌道上吸取能量,而現在我們可以用觀測結果來檢驗這些理論。”
這顆命運多舛的系外行星被命名為開普勒-1658b。正如它的名字所示,天文學家通過開普勒太空望遠鏡發現了它,開普勒太空望遠鏡是一項在2009年啟動的先驅性行星獵取任務。這個世界是開普勒觀測到的第一顆新的候選系外行星,當時它被稱為KOI 4.01–由開普勒確定的第四個感興趣的物體。(在開普勒發射之前,KOI 1、2和3已經被確認。)
在早期,KOI 4.01被認為是觀測誤差。十年後,Chontos在觀察穿過其恆星的地震波時,意識到數據不符合模型的原因是科學家們認為他們是在為一顆太陽大小的恆星周圍的海王星大小的物體。Chontos和她的同事表明,這顆行星和它的恆星都比最初預測的要大得多,此時,這個天體作為第1658個條目正式進入開普勒目錄。
開普勒-1658b是一顆所謂的熱木星,這是給予質量和大小與木星相當,但圍繞其主星處於炙熱的超近軌道的系外行星的暱稱。對於開普勒-1658b來說,這個距離僅僅是我們的太陽和其最緊密的軌道行星–水星之間的空間的八分之一。而且,與水星88天的軌道不同,開普勒-1658b僅用3.8天就能圍繞其恆星旋轉。
對於熱木星和其他非常接近其恆星的行星來說,軌道衰變和碰撞看起來是不可避免的。但事實證明,測量系外行星如何在其宿主恆星的軌道中盤旋是具有挑戰性的,因為這一過程是極其緩慢的。就開普勒-1658b而言,新的研究報告指出,它的軌道周期正以每年約131毫秒(千分之一秒)的速度下降。
檢測這種下降需要多年的仔細觀察。觀察從開普勒開始,然後被位於南加州的帕洛瑪天文台的黑爾望遠鏡發現,最後是2018年發射的凌日系外行星調查望遠鏡,即TESS。所有這三台儀器都捕捉到了凌日,凌日是指當一顆系外行星穿過其恆星的表面並導致恆星的亮度非常輕微地變暗。在過去的13年裡,開普勒-1658b的凌日間隔略微但穩定地減少。
同樣的現像也是造成地球海洋漲落的原因:潮汐力。
潮汐力是由軌道上的天體相互拉扯產生的,無論是地球和月球還是開普勒-1658b和它的恆星。兩個天體都對對方施加引力,但較大的天體總是會佔據優勢,這意味著較小的天體彎曲更多。
這種拉扯扭曲了每個物體的形狀,當行星和恆星對這些變化做出反應時,能量就會被釋放出來。根據它們之間的距離、它們的大小和它們的旋轉速度,這些潮汐相互作用可能導致天體互相推開–地球和緩慢向外旋轉的月球就是這種情況–或者向內推,就像開普勒-1658b向它的恆星那樣。
對於這些動力學,特別是在恆星-行星之間的情況下,研究人員仍有很多不了解,因此天體物理學家們渴望從開普勒-1658系統中了解更多。
開普勒-1658b的恆星已經演化到了其恆星生命週期中開始膨脹的階段,就像我們的太陽被預期的那樣,它已經進入了天文學家所說的亞巨星階段。理論家們預測,與我們太陽這樣的富氫恆星相比,進化後的恆星的內部結構更容易導致從行星的軌道上獲取的潮汐能量的消散,這將加速軌道衰變過程,使其更容易在人類的時間尺度上進行研究。
瓊托斯說:”儘管從物理上講,這顆系外行星的系統與我們的太陽系非常不同,但它仍然可以告訴我們很多關於這些潮汐消散過程的效率,以及這些行星可以生存多久。”
她說,開普勒-1658b大約有20億年的歷史,正處於其生命的最後1%。她和她的同事預測,這顆行星將在大約300萬年後與它圍繞運轉的恆星發生碰撞。