天文學家發現首個銀河系外的行星

文/蕭路

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【大紀元2021年10月27日訊】科學家一直致力於探索地球以外的星球以及可能存在的外星生命,其中最重要的一個步驟就是尋找行星。最近,天文學家可能終於找到了第一顆銀河系以外的行星。

天文學家已經在太陽系以外發現了數千顆行星。但是目前發現的這些行星都在銀河系以內。銀河系以外的行星會是什麼樣子呢?

這顆可能是銀河系外的行星位於旋渦星系梅西耶51(Messier 51)中,因其獨特的外觀被普遍稱作渦狀星系(Whirlpool Galaxy)。

使用美國航天局(NASA)的錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory),天文學家第一次捕捉到了可能是行星在銀河系外穿過恆星的現象。

這個有趣的結果打開了一個探索系外行星的新窗口,可以在比以往更遠的距離搜索系外行星。

論文主要作者、哈佛-史密松天體物理學中心的羅珊‧迪斯蒂法諾(Rosanne Di Stefano)在一份聲明中說:「我們正試圖通過在X射線波長範圍內尋找行星候選者,來開闢一個全新的領域來尋找其它世界,這種策略使得在其它星系中發現它們成為可能。」

到目前為止,天文學家在銀河系中發現的所有系外行星距離地球都不到3,000光年。而這次發現的渦狀星系中的系外行星距離我們大約2,800萬光年,這意味著它比銀河系中的任何系外行星都要遠數千倍。

這一新觀測利用了凌日現象。在這種事件中,一顆行星經過一顆恆星前會阻擋一些恆星的光線,造成一個特徵性的臨時的亮度下降。科學家已經使用可見光觀測這種凌日現象,從而發現了數千顆行星。

迪斯蒂法諾領導的研究團隊則創新地使用了肉眼不可見的X射線,希望尋找在X射線波段的凌日現象。

發射X射線的天體通常包含一顆中子星或黑洞,它從靠近軌道的伴星中吸入氣體。中子星或黑洞附近的物質變得過熱並在X射線中發光。由於產生明亮X射線的區域很小,從它前面經過的行星可以阻擋大部分或全部X射線。這樣一來,X射線可以完全消失,因此更容易發現凌日現象。與目前的可見光波段的凌日現象相比,X射線的凌日現象可以讓系外行星在更遠的距離被探測到。

研究團隊使用這種方法來檢測位於M51、名為M51-ULS-1的雙星系統中系外行星候選者。這個雙星系統包含一個黑洞或中子星,它圍繞一顆質量約為太陽20倍的伴星運行。

他們使用錢德拉數據發現的X射線凌日持續了大約三個小時,在此期間X射線輻射強度減少到零。

根據這些信息和其他信息,研究人員估計M51-ULS-1中的系外行星候選者將大致與土星大小相同,並且圍繞中子星或黑洞運行,其軌道距離約為土星與太陽距離的兩倍。

通過使用肉眼不可見的X射線,研究團隊成功得到意義重大的科學突破。可以想像,還有許多宇宙奧祕隱藏在人類無法簡單看到的環境中。

雖然研究結果非常重要,但目前還很難對結果進行進一步的驗證分析。主要的挑戰之一在於這顆行星的巨大軌道半徑意味著它在大約70年內不會再次穿過它所在的雙星系統,意味著未來幾十年都無法再觀測到它。

「不幸的是,要確認我們看到的是一顆行星,我們可能要等幾十年才能看到另一次凌日。」論文合作者、美國加州大學聖克魯斯分校(University of California at Santa Cruz)的尼亞‧伊瑪拉(Nia Imara)在上述聲明中說,「而且由於不確定軌道公轉需要多長時間,我們無法得知確切的觀測時間。」

研究團隊嘗試排除了其它可能導致X射線變暗的原因,比如氣體和塵埃雲。該團隊認為這是一個不太可能的解釋,因為在M51-ULS-1中觀察到的X射線的特徵與氣體或塵埃雲穿過時的特徵不一致。相反,一顆系外行星的凌日現象與數據一致。

「我們知道我們正在做出一個令人興奮和大膽的聲明,因此我們希望其他天文學家會非常仔細地看待它。」美國普林斯頓大學(Princeton University)的合作者朱莉婭‧伯恩特森(Julia Berndtsson)在上述聲明中說,「我們認為我們有一個強有力的論據,這個過程就是科學的運作方式。」

如果這顆行星的確是在這個雙星系統中,它很可能經歷了一段動盪的歷史:它很可能在產生雙星系統中的中子星或黑洞的超新星爆炸中倖存了下來。這顆行星的未來也可能是危險的:在某些時候,雙星系統的伴星也可能爆炸為超新星,造成的極高的輻射水平可能會炸毀這顆行星。

這項新研究的論文發表在10月25日的《自然天文》上。

責任編輯:林妍#◇

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