天文学家对“不应该存在的行星”感到困惑

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

资料来源：朱利安鲍姆

寻找太阳系外的行星 - 系外行星 - 是天文学中发展最快的领域之一。在过去的几十年里，已经发现了5000多颗系外行星，天文学家现在估计，平均每颗恒星在我们的银河系中至少有一颗行星。

目前许多研究工作旨在探测适合生命的类地行星。这些努力集中在所谓的“主序星”上，比如我们的太阳，这些恒星通过将氢原子融合成核心中的氦来提供动力，并保持稳定数十亿年。到目前为止，超过90%的已知系外行星都是在主序星周围检测到的。

作为一个国际天文学家团队的一员，我们研究了一颗看起来很像数十亿年后太阳的恒星，发现它有一颗行星，它应该吞噬。在发表在《自然》杂志上的研究中，我们提出了这个星球存在的谜题，并提出了一些可能的解决方案。

未来一瞥：红巨星

就像人类一样，恒星随着年龄的增长而发生变化。一旦一颗恒星用完了核心中的所有氢，恒星的核心就会收缩，外层就会随着恒星的冷却而膨胀。

在这个“红巨星”演化火箭级，恒星可以增长到原来大小的100倍以上。当这种情况发生在我们的太阳身上时，大约50亿年后，我们预计它会变得如此之大，以至于会吞没水星、金星，甚至可能吞噬地球。

最终，核心变得足够热，恒星开始融合氦。在这个火箭级，恒星缩小到原来大小的10倍左右，并继续稳定燃烧数千万年。

恒星内部的声波可以用来确定它是否在燃烧氦。资料来源：加布里埃尔·佩雷斯·迪亚兹/加那利群岛天文研究所

我们知道有数百颗行星围绕红巨星运行。其中之一被称为8 Ursae Minoris b，这是一颗质量与木星质量相当的行星，其轨道距离恒星的距离仅为地球距离太阳的一半左右。

这颗行星是由韩国天文学家团队于2015年使用“多普勒摆动”技术发现的，该技术测量了行星对恒星的引力。2019年，国际天文学联合会以朝鲜半岛最高的山脉命名了白头星和汉拿星球。

一个不应该存在的星球

对NASA凌日系外行星巡天卫星（TESS）太空望远镜收集的有关白头的新数据的分析产生了一个令人惊讶的发现。与我们发现的其他红巨星在近距离轨道上托管系外行星不同，白头已经开始在其核心融合氦气。

使用研究恒星内部波的星震学技术，我们可以确定恒星正在燃烧的物质。对于白都来说，波的频率明确表明它已经开始在其核心燃烧氦气。

这一发现令人费解：如果白头燃烧的是氦，那么它在过去应该要大得多——大到应该吞没汉拿行星。汉拿怎么可能活下来？

正如科学研究中经常出现的情况一样，第一个行动方案是排除最微不足道的解释：汉拿从未真正存在过。

如果白头星曾经是双星，有两种情况可以解释汉拿行星的生存。资料来源：布鲁克斯 G. 贝斯，小，SOEST/夏威夷大学

事实上，使用多普勒摆动技术的一些行星围绕红巨星运行的明显发现后来被证明是由恒星本身行为的长期变化造成的幻觉。

然而，后续观察排除了汉拿的这种假阳性情况。来自白头的多普勒信号在过去13年中一直保持稳定，对其他指标的仔细研究表明，没有其他可能的解释。汉拿是真实的——这让我们回到了它如何在吞噬中幸存下来的问题。

两颗星合二为一：可能的生存场景

在确认了这颗行星的存在之后，我们得出了两种情况，可以解释我们在白头和汉拿看到的情况。

我们银河系中至少有一半的恒星不是像太阳那样孤立形成的，而是双星系统的一部分。如果白头曾经是一颗双星，汉拿可能从未面临过被吞没的危险。

这两颗恒星的合并可能阻止了其中一颗恒星膨胀到足以吞噬汉拿行星的大小。如果一颗恒星自己变成红巨星，它就会吞没汉拿——然而，如果它与伴星合并，它会直接跳到燃烧氦的火箭级，而不会变得足够大到达地球。

或者，汉拿可能是一个相对新生的星球。两颗恒星之间的剧烈碰撞可能产生了一团气体和尘埃，行星可能就是从中形成的。换句话说，汉拿星球可能是最近出生的“第二代”行星。

无论哪种解释是正确的，发现一颗围绕燃烧氦的红巨星运行的近行星表明，大自然找到了系外行星出现在我们最意想不到的地方的方法。

本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。阅读原文。

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原标题：《『天文学家对“不应该存在的行星”感到困惑》

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