宜居系外行星可能存在於白矮星周圍,或靠近暗物質

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點。


天文學家可能只需幾年時間就能首次在太陽系外發現“地球雙胞胎”,也就是一顆大小與地球大致相當,且在與類太陽恆星的適宜溫度距離上執行的行星。 這一想法是,在太陽系外找到“地球”可能只是尋找外星生命的第一步。地球非常適宜生命形式生存,因此也許類似的行星也可能適宜居住。

美國宇航局的開普勒探測器正在引領這項探索,並且已經探測到了一些看起來非常像地球的行星的跡象,至少從開普勒遙遠的有利位置來看是這樣;還需要幾年的觀測才能證實這些初步的發現。該探測器正在監測超過15萬顆恆星,以確定類地世界在類太陽恆星周圍形成的頻率。


關於支援科學新聞事業

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事業: 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保未來能夠繼續講述關於塑造我們今天世界的發現和思想的具有影響力的故事。


但是,就宜居性而言,類太陽恆星可能不是唯一的選擇。在《天體物理學雜誌通訊》4月20日刊登的一項研究中,西雅圖華盛頓大學的天文學家埃裡克·阿戈爾提出了一個觀點,即可居住的系外行星也可能在圍繞著宇宙中大量存在的緻密恆星遺蹟——白矮星——執行。 阿戈爾指出,如果可居住的世界確實存在於白矮星周圍,那麼用地球上中等尺寸的望遠鏡就可以探測到它們,而尋找類太陽恆星周圍的類地行星則需要像開普勒這樣的太空望遠鏡,美國宇航局為此花費了6億美元。

開普勒探測器尋找恆星亮度中微小的週期性下降,這可能是由於行星從恆星表面經過並阻擋了部分星光造成的,這是一種稱為凌星的現象。 但是,這些下降非常細微——類地行星在類太陽恆星前方凌星會使恆星亮度降低約 0.01%。 對於更緻密的白矮星,類地世界將遮擋更多的光線。 阿戈爾計算得出,一顆處於潛在宜居軌道上的“地球雙胞胎”在凌星期間將阻擋白矮星發射光線的近 50%。 即使使用地面一米望遠鏡,也可以探測到如此大的變化。 另一方面,對於圍繞類太陽恆星執行的真正“地球類似物”來說,0.01% 的下降只能從太空才能識別,才能擺脫地球大氣層扭曲、湍流的遮蔽。

問題是,可居住的行星真的可以在白矮星周圍存在嗎? 行星必須非常靠近白矮星(白矮星已經耗盡了核燃料並且非常暗淡),才能獲得足夠的熱量來維持其表面上的液態水。 這本不是問題——開普勒和其他系外行星搜尋已經發現了許多軌道非常緊湊的行星——但問題是,在恆星變成白矮星之前,它會膨脹成紅巨星併吞噬附近的所有行星。(這可能是幾十億年後太陽變成紅巨星時地球可能面臨的命運。) 也許行星可以在膨脹的紅巨星退化成更小的白矮星後重新形成,或者也許足夠遙遠以逃脫焚燬的行星可以在紅巨星階段結束後向內遷移。 阿戈爾認為,如果這些行星能夠佔據與白矮星距離合適的軌道——大約是地球與太陽之間距離的 0.5% 到 2%——它們可能會有數十億年的溫和、潛在宜居的條件。

一個更瘋狂的想法是,暗物質而不是星光可以提供足夠的熱量使行星變得適宜居住。 在3月25日釋出在物理學預印本網站arXiv.org上的一篇論文中,伊利諾伊州巴達維亞市費米國家加速器實驗室的丹·胡珀和傑森·斯特芬指出,宇宙中富含暗物質區域的大型行星可能會透過引力捕獲大量暗物質粒子,這些粒子會在接觸時相互湮滅。 基於對暗物質行為的一些樂觀假設——請記住,沒有人真正知道它是什麼——暗物質湮滅釋放的能量可以提供穩定的熱源,從而可能使液態水在這種行星的表面持續存在。 胡珀和斯特芬寫道:“在這些罕見的行星上,可能是暗物質而不是主恆星的光線使生命有可能出現、進化和生存。”

目前,天文學家還有大量工作要做,以跟進開普勒探測器提供的關於普通恆星周圍可能存在行星的線索。 但即便如此,新的研究也有助於說明,我們並不真正瞭解是什麼決定了行星的宜居性邊界。 由於只有一個可居住世界的例子——我們自己的地球——可以借鑑,因此首先尋找類地行星是有道理的。 但是,在我們浩瀚的宇宙中,可能存在幾乎難以想象的因素組合,這些因素也可能使其他型別的世界變得適宜居住。

球狀星團 M4 中古老白矮星的照片:美國宇航局和 H. Richer(不列顛哥倫比亞大學)

© .