在遙遠的未來——大約六十億或七十億年後——太陽將開始死亡，膨脹成一個臃腫的紅巨星。在數億年的時間裡，它將吹走其外層，失去大約一半的質量，並留下其超熱、超高密度、超小的核心：一顆白矮星。
當這種情況發生時，內行星將化為灰燼。水星、金星，甚至很可能我們珍貴的地球也將被太陽吞噬並汽化，因為它們曾經仁慈的宿主恆星實際上會侵佔併吞沒它們。但是像木星和土星這樣的外行星呢？它們應該能在這次磨難中倖存下來，因為它們距離太陽系的中心非常遙遠。然而，直到現在，還幾乎沒有直接的觀測證據表明，這樣的外行星世界能夠經受住類太陽恆星宿主的死亡陣痛。
利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），一個由太空望遠鏡科學研究所的蘇珊·穆拉利領導的天文學家團隊瞄準了四顆白矮星，希望獲得可能仍在圍繞它們執行的任何大型行星的直接影像。其中兩顆一無所獲，但另外兩顆顯示出仍然圍繞它們執行的現有巨型系外行星的證據。需要明確的是，這些行星尚未得到證實，但如果這項研究取得成果，它們將作為我們太陽及其世界的未來景象——而這個未來並不完全令人安慰。該小組的研究成果上個月已釋出在預印本伺服器arXiv.org上，已被《天體物理學雜誌快報》接受發表。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
選擇這四顆白矮星進行 JWST 的觀測是因為它們似乎很有可能在其紅巨星前階段擁有行星——並且任何仍然圍繞它們執行的行星都應該很容易看到。它們在星系中相對靠近太陽，使得圍繞它們的行星更容易被發現；從太遠的地方看，行星和宿主恆星會融合成一個單一點。此外，這些白矮星足夠年輕，任何現有的行星都應該仍然在紅外線下發光，這是來自它們形成時殘留的熱量——也就是說，它們越年輕，它們就越溫暖，JWST 就越容易發現它們。
然而，最重要的是，之前的觀測表明，所有四顆白矮星的表面都被重元素汙染了。白矮星很小但質量很大。它們的大小與地球差不多，但質量約為太陽的一半。這賦予了它們強大的表面引力，是地球的 100,000 倍。任何重元素，如鈣或鐵，都應該在其熱氫和氦等離子體湯中迅速下沉——非常迅速，甚至在幾天之內。因此，如果看到任何這樣的元素，幾乎可以肯定是因為白矮星最近享用了一頓由這些元素組成的小行星零食。我們知道在我們自己的太陽系中，與巨行星的引力相互作用通常會將小行星和彗星拋向太陽。如果這種情況發生在其他恆星系統中——並且沒有理由假設它不會發生——那麼看到那些重元素塗抹在白矮星的表面上就意味著存在更大的、看不見的世界，它們離恆星更遠。
JSWT 非常適合這項搜尋，因為在可見光中，就像哈勃或大多數地面望遠鏡主要探測到的那樣，恆星比其任何行星亮數百萬甚至數十億倍。在紅外線下，對比度較低。最重要的是，白矮星非常熱，它們的大部分光都在紫外線下發射，這使得它們在紅外線下甚至更暗淡，在紅外線下，它們可能只比巨行星亮一百倍左右——很容易被發現。
在天文學家處理和分析影像後，兩個白矮星目標，WD 1202-232 和 WD 2105-82，似乎有靠近的微弱伴星天體。這些恆星的估計年齡分別為 53 億年和 16 億年。但這包括它們在進入白矮星結局之前的漫長曆史。兩者都在 9 億到 8 億年前完成了這一轉變，因此從天文學角度來看，它們確實很年輕。
這兩個候選伴星天體的紅外亮度與大約與其宿主恆星年齡相同的巨型氣態行星的亮度一致。它們的質量，從它們在多個波長上的亮度推斷出來，分別為木星質量的一到七倍和一到兩倍——堅定地處於“行星”質量範圍。這排除了它們是褐矮星的可能性。
它們的軌道距離非常有趣。WD 1202-232 的候選伴星天體距離恆星約 18 億公里，而 WD 2105-82 的候選伴星天體甚至更遠，約為 52 億公里。然而，這些遙遠的位置不太可能是這些假定世界開始存在的地方；隨著恆星死亡並失去質量，它們對行星的引力控制減弱，行星因此遷移到更遠的地方。這意味著它們最初可能起源於更近的地方，分別距離它們的恆星約 8 億公里和 15 億公里。這與目前木星和土星到太陽的距離非常相似！
如果得到證實，這些行星將表明，我們太陽系中的外行星很可能在太陽消亡後倖存下來，即使內行星很可能不會。
JWST 的觀測也支援了巨行星將小行星拋向其白矮星宿主的假設。如果在任何四顆目標恆星周圍都沒有發現行星，這個想法就會被削弱；這可能意味著，也許只有較小的行星，JWST 看不見，才會以這種方式餵養它們的恆星。（我應該指出，這樣的小行星可能仍然潛伏在另外兩顆沒有發現巨行星的白矮星周圍。）
但我們不要太倉促；再次強調，這些行星尚未得到證實。從它們的顏色來看，天文學家可以排除這些物體是遙遠的恆星或我們自己太陽系中的物體。它們可能是非常遙遠的紅色背景星系，但考慮到影像中看到的星系數量，其中兩個星系如此明顯地靠近白矮星的可能性很低。根據天文學家的計算，機率約為三千分之一。這一發現尚無定論，但充滿希望。
確認它們的最佳方法是在不久的將來進行更多觀測。白矮星在太空中移動，並且相對於背景恆星的位置將會發生變化。如果這些物體真的是行星，它們將與恆星一起移動；如果它們是背景物體，它們將看起來是固定的。此時的不確定性當然令人沮喪，但時間會證明一切。
鑑於這些觀測似乎取得了成功，希望 JWST 將很快監測更多的白矮星，看看是否可以找到其他潛在的行星倖存者，並從中更深入地瞭解我們自己太陽系的命運。
當然，我們可以等待六十億或七十億年才能看到會發生什麼。但我更希望早點知道，那時我們仍然有一顆未汽化的行星可以從中進行研究。