發現繞轉白矮星的行星
科學家由凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite),首次觀測到繞轉白矮星的行星,其約木星大小,繞轉週期34小時(對比金星繞太陽週期約90天)。白矮星前身是太陽質量的恆星,在核心氫氣核融合完畢後膨脹成紅巨星,而在脫去外層氣體後的緻密核心即是白矮星(太陽質量的白矮星,僅地球大小)。
此發現特別的是,行星很難在鄰近白矮星的軌道繞轉。因為,假設行星一開始就在鄰近軌道,則在紅巨星階段就會被吞噬。倘若在白矮星形成後,才被散射到鄰近軌道,則容易被其強大的潮汐力扯散。因而之前僅觀測到繞轉的行星碎片。
科學家由行星掠過恆星表面,造成亮度週期性變暗,發現許多系外行星。本次的亮度改變的時間(8分鐘)比掠過恆星(大於30分鐘)短,加上亮度降低的比例高,顯示這是一顆白矮星,而繞轉它的星體約木星大小。
木星大小的天體,除了行星外還可能是低質量恆星(紅矮星或棕矮星)。因小質量恆星對整體亮度的貢獻,在紅外線較可見光多,因此不同波長的亮度變化率不同,而變化時間相同。藉由史匹哲(Spitzer)太空望遠鏡的紅外線觀測,發現其亮度變化和可見光相同。由於在紅外線波段的亮度暗,加上其位處的環境年齡較年輕,因此推論它是行星。
可能的解釋是,行星早期離恆星很遠,避免被紅巨星吞噬。由於在紅巨星時期,外層膨脹質量減少,造成其行星繞轉軌道改變。模擬發現,行星容易改變成高橢圓率的軌道,因白矮星對行星的潮汐力作用,使軌道慢慢演化(約10億年)成短周期的圓形軌道。
接下來即將發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),可用來分析白矮星的光線通過行星大氣後的吸收光譜,藉此偵測行星大氣的水或生物標記性氣體(例如甲烷、臭氧),進一步了解其適居性。
【圖:自然期刊;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年9月25日出版的《自然》期刊