尋找系外行星–圍繞太陽系邊界以外恆星運行的行星–是天文物理學的熱門話題。在各種類型的系外行星中，有一種是字面上的熱門行星：熱木星，這是一類在物理上與我們附近的氣態巨行星木星相似的系外行星。

科學家在1400 光年之外發現了一個獨特的雙星系統，它由一個圍繞白矮星運行的熱木星狀天體組成，為研究熱木星和雙星系統中恆星的演化提供了無與倫比的見解。這個熱木星樣天體圍繞著一顆比一般恆星暗1萬倍的恆星運行，它的溫度變化極為劇烈，讓人們得以一窺強烈紫外線輻射對行星大氣層的影響。

與”我們”的木星不同，熱木星的軌道非常靠近它們的恆星，只需幾天甚至幾小時就能完成一個完整的軌道，而且–正如它們的名字所示–表面溫度極高。天文物理學界對它們非常著迷。然而，對它們的研究卻很困難，因為來自附近恆星的眩光使它們難以被偵測到。

現在，科學家在最近發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上的一項研究中報告說，他們發現了一個由兩個天體組成的系統，這兩個天體位於大約1400 光年之外，它們共同為研究熱木星大氣層提供了一個絕佳的機會，同時也加深了我們對行星和恆星演化的理解。透過分析歐洲南方天文台位於智利的甚大望遠鏡收集到的光譜數據，我們發現了這個雙星系統–迄今為止已知溫度最高的雙星系統。

研究報告的第一作者、魏茲曼科學研究院粒子物理與天文物理學系博士後、與薩基-本-阿米博士團隊有聯繫的納阿瑪-哈拉昆博士說：”我們發現了一個類似木星的恆星軌道熱天體，它是迄今為止發現的最熱的天體，比太陽表面溫度高出約2000度。”與被眩光遮擋的熱木星行星不同，這個天體之所以能夠被觀測和研究，是因為與它所環繞的主星相比，它的體積非常大，而主星的亮度比普通恆星暗1萬倍。”這使它成為未來研究熱木星極端條件的完美實驗室，”她說。

哈拉昆的新發現是她與特拉維夫大學的博士生導師丹-毛茲（Dan Maoz）教授在2017年進行的研究的延伸，它可能會讓人們對熱木星以及雙星系統中恆星的演化有更清晰的認識。

具有”類月”方位的大質量褐矮星

哈拉昆及其同事發現的雙星系統涉及兩個都被稱為”矮星”的天體，但它們的性質卻截然不同。其中一個是”白矮星”，是類太陽恆星耗盡核燃料後的殘餘物。另一顆既不是行星也不是恆星，它是”褐矮星”–一類質量介於木星等氣態巨星和小型恆星之間的天體。

褐矮星有時被稱為進化失敗的恆星，因為它們的質量不足以驅動氫聚變反應。然而，與氣態巨行星不同，褐矮星的質量足以在恆星夥伴的”牽引”下存活下來。

哈拉昆說：”恆星的引力會導致距離太近的天體碎裂，但這顆褐矮星的密度很大，它的質量是木星的80倍，擠壓成木星的大小。這使得它能夠完好無損地存活下來，並形成一個穩定的雙星系統。”

當行星的軌道非常靠近恆星時，作用在行星近側和遠側的引力差會導致行星的軌道周期和自轉週期同步。這種現象稱為”潮汐鎖定”，它將行星的一側永久鎖定在面向恆星的位置上，就像地球上的月球始終面向地球，而它所謂的”暗面”卻始終看不見一樣。潮汐鎖定導致受到恆星直接輻射的”日側”半球與另一個朝外的”夜側”半球之間的溫度差異極大，後者受到的輻射量要小得多。

來自恆星的強烈輻射導致了熱木星極高的表面溫度，哈拉昆和她的同事們對成對的白矮星-棕矮星系統進行的計算顯示了事情會變得有多熱。透過分析該系統發出的光的亮度，他們能夠確定軌道褐矮星兩個半球的表面溫度。他們發現，日側的溫度在7250到9800開爾文（約7000到9500攝氏度）之間，與A型恆星–質量可能是太陽兩倍的類太陽恆星–的溫度一樣高，比任何已知的巨行星都要熱。另一方面，夜面的溫度介於1300 到3000 開爾文（約1000 到2700 攝氏度）之間，導致兩個半球之間的溫差達到6000 度左右。

難得一見的未研究區域

哈拉昆說，她和同事發現的這個系統為研究極端紫外線輻射對行星大氣的影響提供了一個機會。這種輻射在各種天文物理環境中發揮重要作用，從恆星形成區，到恆星周圍行星形成的原始氣體盤，再到行星本身的大氣層。這種強烈的輻射會導致氣體蒸發和分子破碎，對恆星和行星的演化都會產生重大影響，但這還不是全部。

哈拉昆說：『從這個系統中的白矮星形成到現在僅僅過去了一百萬年–這在天文學尺度上是一個微不足道的時間–我們卻罕見地窺見了這種緊湊型雙星系統的早期發展。”她補充說，雖然人們對單星的演化相當了解，但對相互作用的雙星系統的演化仍然知之甚少。

熱木星是宜居行星的對立面–它們對生命來說是極其不友善的地方。未來對這個熱木星樣系統的高分辨率光譜觀測–最好使用美國宇航局新的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡–可能會揭示高溫、高輻照條件是如何影響大氣結構的，這有助於我們了解宇宙中其他地方的系外行星。