一颗行星,三个太阳

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新发现的行星,位于三星系统之中,可以看到3颗太阳。此图为艺术想象画。图片来源:ESO/L. Calçada

天文学家利用欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(Very Large Telescope,VLT)上的SPHERE设备,拍到了第一颗在三星系统内部发现的轨道半径较长的行星。这颗行星所处的这样一条轨道曾被认为是不稳定的,可能导致这颗行星被迅速甩出这个三星系统。然而,不知道如何,这颗行星幸存了下来。这项出人意料的观测暗示,三星系统中的行星实际上可能比先前料想的要更加普遍。这一发现今天(7月7日)在线发表在《科学》(Science)杂志上。

在电影《星球大战》里,天行者卢克的家乡塔图因(Tatooine)是一个奇异的世界,天空中有着两颗太阳,而天文学家现在已经发现了一颗更加奇异的行星,那里的观测者可能会体验到持久的白昼,也可能会在每一天都经历3次日出和3次日落,具体取决于那颗行星处在什么季节。而那里的每一个季节,持续时间也比我们人类的一生都要漫长许多。

这颗行星由美国亚利桑那大学领导的一个天文学家团队发现,他们借助位于智利的欧南台甚大望远镜,直接拍摄到了它的影像。这颗行星名为HD 131399Ab,与已知的其他任何一颗行星都不一样——它绕着3颗恒星中最明亮的那颗旋转,公转轨道的半径是多星系统中已知行星里最长的。这样的轨道往往是不稳定的,因为三星系统中的另外两颗恒星会对它施加复杂且不断改变的引力作用,天文学家先前认为,行星在这样的系统中处于稳定轨道的可能性极低。

HD 131399Ab距地球大约320光年,位于半人马座方向,行星的年龄大约为1600万年,是迄今已知的最年轻太阳系外行星之一,也是为数不多被直接拍摄到影像的行星之一。它的表面温度约为580℃,质量估计为木星质量的4倍,这也使得它成为了迄今被直接拍摄到影像的太阳系外行星中,温度最低、质量最小的一颗。

欧洲南方天文台甚大望远镜上的SPHERE设备拍到的三星系统影像。靠近图片中心的小光点为此次发现的行星,它绕着系统中质量最大的恒星HD 131399A旋转。右下两个光点是另外两颗质量较小的恒星,HD 131399B和C。它们在相互绕转的同时,也绕着恒星A旋转。图片来源:ESO/K. Wagner et al.

这项研究的合作者之一、亚利桑那大学的丹尼尔·亚派(Daniel Apai)说,“HD 131399Ab是少数几颗直接被拍摄到影像的太阳系外行星之一,也是第一颗有着如此有趣动力学特征的行星。”

研究论文的第一作者、HD 131399Ab的发现者凯文·瓦格纳(Kevin Wagner)补充说,“这颗行星的公转周期为550个地球年,在其中大约一半的时间里,那里的天空中都能看到那3颗恒星;较暗的两颗总是靠得很近,它们与最亮那颗恒星的间距全年都在不断变化。”

凯文·瓦格纳是亚利桑那大学的博士生,他从成百上千个候选目标中甄别出了这颗行星,并领导了后续观测来确认它的身份。

尽管还需要反复和长期的观测才能精确测定这颗行星在它的3颗恒星之间的运行轨迹,但现有的观测和模拟似乎暗示了如下场景:最亮的那颗恒星,即HD 131399A,估计质量要比我们的太阳多8%,两颗质量较小的恒星,即B和C,绕着最亮的这颗恒星旋转,它们的间距大约为300个天文单位(1个天文单位,相当于地球和太阳之间的平均距离)。与此同时,B和C又像一对哑铃那样彼此绕转,两者间隔大约相当于太阳到土星的距离(10个天文单位)。

新发现的行星所处的可能轨道。这颗行星绕着三星系统中质量最大的恒星旋转,这颗恒星又与另外两颗质量较小的恒星相互绕转。图片来源:ESO

在这样一个场景中,行星HD 131399Ab沿着圆形轨道绕恒星A公转,轨道半径约为80个天文单位,大约相当于太阳系中冥王星轨道半径的2倍。如此一来,这颗行星就会运行到恒星A和恒星对B/C之间大约1/3的间距处。

按照这样的轨道,在这颗行星上“一年”的大部分时间里,那3颗太阳在天空中相距都不远,行星上会有我们熟悉的白天和黑夜,每天都会有3次日出和3次日落。随着行星沿着自己的轨道逐渐移向那三颗恒星中间,最亮的太阳和较小的两颗太阳在天空中的间隔也会越来越长,直到一颗太阳升起时另两颗太阳刚好落下,反之亦然。此时,这颗行星上就会几乎到处都是白天,这个白昼将持续“一年”的大约1/4时间,也就是差不多140个地球年。

研究者指出,这样一组轨道是可行的,但这个系统的长期稳定性还要等后续观测更好地测定行星轨道之后才能加以验证。“如果这颗行星距离系统中质量最大的恒星再远一点,它就会被踢出这个系统。”亚派解释说,“我们的计算机模拟已经证明,这类轨道可以稳定存在,但只要改变一点点,就会很快变得不稳定。”

天文学家和行星科学家对多恒星系统中的行星有着特别的兴趣,因为它们给这些极端场景中行星如何形成的机制提供了实例。尽管对于只绕着一颗恒星公转的我们来说,多恒星系统似乎是怪异的,但事实上,宇宙里的多恒星系统就像单颗恒星一样普遍存在。

“现在还不清楚这颗行星如何会在这样一个极端系统中进入这样一条长周期轨道,我们也还说不准这一发现在拓宽我们对行星系统的理解方面有何意义,但它证明在许多人设想的可能性之外,宇宙中还有更多变数存在。”凯文·瓦格纳总结说,“我们明确知道的是,多恒星系统中的行星被研究得太少太少,而它们的数目有可能与单恒星系统中的行星不相上下。”(编辑:Steed

编译来源

欧洲南方天文台官网,A Surprising Planet with Three Suns

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