這將會(huì)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(diǎn)。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(gè)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(gè)正方形展現(xiàn)出了這顆可能存在的星球的位置，可能將會(huì)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(gè)天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)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(gè)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(gè)方向。大約距離我們地球有3000萬光年的距離，因?yàn)檫@個(gè)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(yùn)總是會(huì)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(huì)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(shí)別出來?？瓷厦孢@個(gè)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(gè)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(diǎn)。這個(gè)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(huì)形成圍繞著黑洞或者是中子星的磁盤。這個(gè)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€(gè)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(huì)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?yàn)?，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(gè)非常小的范圍的。事實(shí)上，我們所研究的這個(gè)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(duì)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(gè)星系。數(shù)據(jù)收到了一個(gè)下降的時(shí)刻-來自于這對被完全遮擋住X射線信號(hào)的雙子星-大約持續(xù)了3個(gè)小時(shí)。

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(shí)的減弱。這個(gè)減弱可能就表明了它是一顆行星。但是這支隊(duì)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(gè)信號(hào)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(hào)的數(shù)據(jù)，同時(shí)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(hào)減弱的模型的分析。

他們考慮是不是氣或者灰塵可能會(huì)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(gè)很好的表面。所以無定形的星云不符合這個(gè)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(gè)系統(tǒng)的第三個(gè)物體并且可能是造成X射線減弱的罪魁禍?zhǔn)?。但是這個(gè)雙星系統(tǒng)實(shí)在是太年輕了，同時(shí)這個(gè)如果這個(gè)矮行星作為這個(gè)解釋的話，那它作為傳輸物體實(shí)在太大了。

接下來，他們想到是否這個(gè)輻射源它自己內(nèi)部的輻射存在的變化可以解釋這個(gè)減弱。但是最后他們說也與這種可能無關(guān)。那是因?yàn)?，盡管這個(gè)輻射源的光亮?xí)讉€(gè)小時(shí)，但是當(dāng)它恢復(fù)到原來的溫度和顏色時(shí)又會(huì)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(shí)，最終也否認(rèn)了這個(gè)可能。當(dāng)這顆伴星從這顆X射線源前面經(jīng)過時(shí)，遮擋的時(shí)間遠(yuǎn)比3小時(shí)的減弱要唱。德 斯蒂芬解釋道：

為了觀察是否這個(gè)減弱有行星的傳輸運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，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(jì)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(gè)土星般大小的行星遮住了這個(gè)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(duì)伍認(rèn)為這個(gè)行星可能與土星的大小相似。它可能處于一個(gè)為日地距離數(shù)十倍的雙星系統(tǒng)的軌道半徑中運(yùn)動(dòng)。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(gè)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?yàn)檫@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(shí)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(shí)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(huì)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(huì)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(gè)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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