这些新发现的行星注定要毁灭

天文学家发现了另外三颗系外行星。但这一发现可能不会持续太久。每颗行星都在一个单独的太阳系中,每颗行星都危险地靠近其恒星运行。更糟糕的是,所有的星星都在死去。这些新发现的行星注定要毁灭

TESS和其他行星搜寻工作在过去几年和几十年中发现了数千颗系外行星。系外行星差异很大,从位于恒星安静宜居带的类地行星到温度高到蒸发铁像雨一样落下的行星。

但这三颗系外行星有一些共同点。它们的轨道周期非常短——其中一些是迄今为止发现的最短的——围绕着亚巨星或巨星。对于像这样的行星,写在墙上的是:它们将向内盘旋向它们的恒星,最终将它们吞没。

一组研究人员在一篇题为“ TESS Giants Transiting Giants II:最热的木星围绕进化恒星运行”的新论文中介绍了这些严峻的发现。” The Astronomical Journal 接受了这篇论文,它在印前网站 arxiv.org 上。塞缪尔·格伦布拉特是主要作者。他是美国自然历史博物馆和熨斗研究所的博士后研究员。

这一发现听起来可能令人毛骨悚然:三颗注定要失败的行星将向内盘旋至尽头,而恒星在离开主序带时也在慢慢走向死亡。但这会歪曲这一发现。相反,将其视为行星考古学。

“这些发现对于理解系外行星研究的新前沿至关重要:行星系统如何随时间演变,”格伦布拉特在新闻稿中说。“这些观测结果提供了新的窗口,让我们可以在它们的宿主恒星吞没它们之前了解接近生命尽头的行星。”

这三个行星是 TOI-2337b、TOI-4329b 和 TOI-2669b。TOI代表Tess Object of Interest,数字是星星。“b”表示每个系统中离恒星最近的行星。

这些新发现的行星注定要毁灭此图显示了 TESS 数据在处理后的样子。每个面板的处理方式不同,但每个面板都显示相同的整体结果。在这项研究中,附近的一颗恒星污染了来自 TOI-4329 的恒星通量数据,因此研究人员使用以三种不同方式处理的数据来加强他们的结果。TESS 在 2.9 天的观察中收集了数据。

所有的行星都是气态巨行星,类似于我们太阳系中的木星。天文学家在一项寻找围绕进化的主恒星运行的新行星的调查中发现了它们。世界范围从 0.4 到 1.8 木星质量和 0.8 到 1.8 木星半径。恒星的范围从大约 1.2 到 1.5 个太阳质量和大约 2.3 到 4.1 个太阳半径。

行星的密度范围很广,这表明每个太阳系都经历了行星与行星相互作用的混乱时期。天文学家认为,这些相互作用的历史通过不可预测的加热速率和时间尺度促成了密度变化。

詹姆斯韦伯太空望远镜或许能够梳理出至少其中一个系统的一些细节。当它检查 TOI-4329 系统时,行星大气中是否存在水蒸气和二氧化碳可能会限制行星形成的位置。它还可以深入了解使行星进入当前轨道的行星相互作用类型。

这些新发现的行星注定要毁灭詹姆斯韦伯太空望远镜上的光谱仪为科学家提供分析构成恒星、星云、星系和行星大气的材料所需的数据。

在这样的行星-恒星配置中,天文学家预计行星会随着它们离恒星越来越近以及恒星膨胀而膨胀。当它们的轨道向内盘旋时,恒星最终会吞没行星。到目前为止,苔丝还没有发现任何衰变轨道的证据。但苔丝在其首要任务期间发现了这些行星。它将在其扩展任务期间收集更多数据,这些数据将形成更长的观测基线。更长的基线可能表明行星已经处于死亡螺旋中。

行星膨胀正在成为了解系外行星的重要指标。为什么有些像木星一样大的行星有更大的半径?气态巨行星从其内部深处经历辐射冷却,在很长一段时间内抑制膨胀,从形成后不久开始。靠近恒星可能会延迟冷却并促进通货膨胀。

但也有越来越多的证据表明,靠近恒星会通过恒星通量主动引起暴胀。在主要作者格林布拉特在 2017 年发表的一篇论文中,作者写道:“因此,流向行星深层对流内部的恒星通量可以解释它们目前的大小,这表明行星‘膨胀’与恒星辐射直接相关,而不是与大气延迟有关。行星形成后冷却。”

这些新发现的行星注定要毁灭科学家们认为,像木星这样的气态巨行星有一个很深的辐射带,可以将热量传递到对流带。随着时间的推移,热量的释放会阻止地球膨胀。但是当一个气态巨行星靠近它的恒星时,恒星通量会给行星增加热量,导致膨胀。

但行星膨胀是一个复杂的问题。在同一篇 2017 年的论文中,作者写道:“行星膨胀的方法可能更依赖于其他因素,例如大气金属丰度,而不是入射通量。”

尽管目前还没有迹象表明行星的轨道会发生衰减,但至少有一颗行星存在膨胀的证据。TOI-2337b 拥有围绕红巨星发现的所有世界中最短的轨道周期,但它没有显示出膨胀的迹象。TOI-2669b 系统是三个系统中最进化的系统,但该行星也没有显示出任何暴胀迹象。然而,TOI-4329b 确实显示出通货膨胀的迹象。

TOI-2669b 是本研究中比其他两个更亮的目标。这使它成为詹姆斯韦伯望远镜光谱学的一个很好的目标。这些数据,以及对行星偏心率的更严格限制,“……可能会对行星膨胀和迁移机制和时间尺度施加新的限制。”

这项研究中的三颗行星仅仅是个开始。苔丝应该找到更多。“我们希望通过 TESS 找到数十到数百个这样的演化过境行星系统,提供关于行星如何相互作用、膨胀和围绕恒星迁移的新细节,包括像我们的太阳这样的恒星,”纽约大学研究生 Nick Saunders 说。 UH IfA 和该研究的合著者。

TESS 在这项工作中得到了一些帮助。虽然它用凌日法发现了行星,但这些发现只揭示了候选的系外行星。确认为系外行星需要地面后续观测。凯克天文台通过其高分辨率阶梯光谱仪(HIRES) 仪器提供这些数据。来自 HIRES 的数据充实了这些发现。

这些新发现的行星注定要毁灭当双胞胎凯克准备观察时,太阳落在莫纳克亚山上。

“凯克对这些行星系统的观测对于了解它们的起源至关重要,有助于揭示像我们这样的太阳系的命运,”该研究的合著者、UH IfA 天文学家丹尼尔·胡伯说。像这样的研究也可能是回答人类最重要问题的一小步:我们是孤独的吗?

对于普通读者来说,所有这些都可能听起来很学术。但我们自己的太阳总有一天会离开主序带,开始膨胀成一颗红色亚巨星,并可能吞没地球。人类能否存活到那时是值得怀疑的,因为它不会发生数十亿年。灭绝是地球上的常态,但也许人类会以某种方式战胜宇宙。

与此同时,至少我们正在更多地了解自然和我们所在的宇宙。

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投稿时间:2022-01-20  最后更新:2022-05-15

标签:行星   韦伯   通量   气态   天文学家   木星   外行   恒星   发现   数据

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