地球的前車之鑒!90光年外,一顆白矮星吞噬類地行星

天空之城 2022/11/14 檢舉 我要評論

我們的太陽雖然名叫恒星,但它真的不能永恒。再過大約50億年,太陽就會進入死亡階段,外殼膨脹,形成一顆紅巨星。等到外殼散去,最終只留下一顆白矮星。

隨著太陽的膨脹,地球也將面臨巨大的危機。根據天文學家的推測,太陽的外殼甚至能夠膨脹到火星軌道以外,更不用說地球軌道了。不過,這里我們提到的是軌道,而不是行星本身,因為行星的命運如何,天文學家還不知道。

有人認為,連軌道都已經被包容在太陽以內了,何況行星呢?所以這些人相信,地球屆時也會被太陽吞入腹中。但也有研究表明,太陽膨脹的過程中,也會釋放出強烈的恒星風,或將能夠把地球等行星吹到更遠的位置上,留下行星「一條小命」。

第二種想法絕非無稽之談,天文學家已經找到了一些證據。目前,天文學家已經在宇宙中觀測到一些圍繞著白矮星的行星了,這意味著它們確實從紅巨星階段幸存了下來,或者在恒星死亡后形成。

但這不能說明全部的問題,因為也可能有大量的行星已經被紅巨星所吞噬。由于它們已經被吞噬,灰飛煙滅,我們上哪里去找這種天體呢?所以,我們似乎只能發現殘留在白矮星旁邊的行星,最終導致幸存者偏差。

這一點不用擔心,因為天文學家還是能夠找到方法找到這些行星曾經存在過的證據。越來越多的研究表明,殘留下來的行星只是少數,大部分行星在紅巨星膨脹的過程中都被吞噬了。想要找到其中的證據不難,只要找到白矮星大氣中的行星元素「污染」即可。

我們知道,白矮星的主要化學成分是碳和氧。白矮星也有一層很薄的大氣層,通常以氫和氦為主。但如果有行星被吞噬,那麼行星上的各種金屬元素都會被白矮星吸收,并被天文學家檢測到,這種研究叫死亡行星學(necroplanetology)。

經常關注我們的朋友應該知道,檢測天體中化學元素的方法通常就是利用光譜法。天體發出的光在可見光的每個波段都存在,但如果經過了某些化學物質之后,就會有一部分波段被吸收。因此,天文學家只要對白矮星的光譜進行分析,看看它們缺失了哪些波段,就能判斷其含有哪些化學元素。

最近,天文學家就在宇宙中發現了兩顆白矮星,就含有可能來自于行星的元素。在最新一期《皇家天文學會月報》上,天文學家介紹了他們的發現。

其中一顆白矮星被命名為WD J2147-4035,距離我們約90光年。它的體積非常小,并且很黯淡,呈現出與眾不同的紅色,是迄今為止發現紅色調最多的白矮星。根據觀測,這顆白矮星形成于大約102億年前,也是目前已知最古老的被行星元素污染的白矮星。

相比之下,另一顆被命名為WD J1922+0233的白矮星距離我們約128.5光年,形成于大約90億年前。它的顏色也很特殊,呈現出藍色。和上一顆白矮星相比,它似乎更值得關注。天文學家在對其大氣中的元素進行分析后得出結論,被它吞噬的行星,和地球應該很相似!

我們知道,白矮星是死亡的恒星,內部已經沒有活動了,因此也不會再產生熱量,在漫長的歲月里逐漸冷卻。目前,紅色白矮星的表面溫度約為3050K,藍色白矮星的表面溫度則是3340K左右。白矮星的冷卻速度是已知的,所以只要測量這兩顆白矮星的溫度,就可以確定它們是在何時形成的。

英國華威大學的天體物理學家Abbigail Elms是本次研究的主要作者,她指出:「我們正在發掘銀河系中最古老的曾經被類地行星污染的恒星殘骸,想一想,這發生在100億年前的尺度下,這太不可思議了。而且它們被吞噬的時候,地球都還沒有形成。」

發現這兩顆白矮星的是歐洲航天局的蓋亞衛星,和她的同事們從蓋亞衛星的數據中發現了它們之后,就產生了濃厚的興趣,并展開了研究。通過光譜分析,他們發現在紅色的白矮星大氣中含有鈉、鋰、鉀,并且還可能存在著碳;藍色的白矮星的大氣中也存在著鈉、鈣和鉀這樣的金屬元素。

要知道,白矮星的密度極大,每立方厘米的質量重達數噸,因此表面重力極強。像這樣比較重的元素,應該很容易逐漸沉積到白矮星的內部,無法被天文學家觀測到。既然它們仍然存在于白矮星大氣中,就說明它們來自于白矮星周圍,并逐漸落到白矮星表面。不過,兩顆白矮星吞噬的行星,似乎又有所不同。

以紅色白矮星為例,被它吞噬的行星很有可能在紅巨星階段幸存了下來,但它最后還是被撕成了碎片,在幾十億年的時間里慢慢地被白矮星吸收。盡管這個它已經被摧毀,它仍然是人類迄今為止發現過最古老的行星系統。

而在對藍色白矮星的大氣進行分析后,研究人員發現,其成分和地球大陸的地殼有些相似,這意味著被吞噬的行星很有可能是類地行星。同樣的,WD J1922+0233能變成今天的白矮星,質量約為太陽的57%,意味著它曾經是一顆類太陽恒星。換句話說,這個系統很可能代表著地球的未來。

研究人員指出,它們就像是保存在銀河系內的化石一樣,記錄著宇宙最古老的歷史。通過對這些天體的研究,可以幫助我們了解太陽系形成之前,銀河系內的行星系統是什麼樣的。

正如華威大學的天體物理學家Pier-Emmanuel Tremblay描述的那樣:這些古老的恒星形成于一百億年前的尺度下,當時宇宙中出現過的超新星還沒有今天這麼多,所以金屬元素的含量也非常少。在這個金屬元素匱乏、富含氣體元素的環境中形成的行星系統,固然和太陽系內的行星有所不同。

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