迄今为止,天文学家唯一确认的一颗在类似太阳的恒星死亡后仍然幸存的行星,是WD 1856 b。这颗体积接近木星的气态巨行星,却紧贴着一颗地球大小的白矮星运行。詹姆斯·韦布空间望远镜对其进行的首次详细观测,揭示了一个令人意外的发现:这颗行星不仅轨道位置异常,其表面温度也远高于科学家此前的预期。

一次意外发现
2020年,天文学家利用TESS望远镜观测了大约2000颗白矮星,最初的目标是寻找彗星或小行星这类小天体产生的凌日信号。然而,他们却在WD 1856系统中意外发现了一颗气态巨行星。这颗白矮星的直径大约只有该行星的七分之一,按理说,行星经过时应该几乎完全遮挡住恒星,但实际观测到的亮度仅下降了一半左右。
研究团队推测,这可能是一次掠射式凌日——从地球的视角来看,行星的圆盘只是边缘部分经过了恒星表面。这种观测角度出现的概率很低,但却是目前解释现有亮度曲线的最佳方案。
更令人费解的是,这颗行星距离白矮星仅有约0.02天文单位。我们知道,当类似太阳的恒星膨胀为红巨星时,通常会吞噬掉内侧的行星;而外层的那些气态巨行星,则会因恒星质量损失、引力减弱而向外迁移。但WD 1856 b并没有向外远离,反而运行到了极近的轨道上。
仅八分钟的JWST数据
2023年4月27日,JWST捕捉到了一次仅持续八分钟的凌日事件。传统的系外行星透射光谱推测,通常假设行星完整地经过一个更大的恒星圆盘。但这里的情况恰恰相反:恒星比行星小得多,且只发生了边缘重叠。
为了处理这一特殊情况,研究团队专门建立了新的几何方程,用随时间变化的重叠面积来描述透射光谱,并修改了POSEIDON大气重建软件,使其能够处理这种掠射式凌日。分析结果显示,WD 1856 b被一层气溶胶霾所笼罩,其大气中还含有甲烷。
温度比预期高一倍
一颗距离冷却了大约60亿年的白矮星仅0.02天文单位的行星,理论上的温度应在150至200K之间,这与木星的云顶温度大致相当。然而,实际测得的温度却高达约400K,并且它向太空释放的能量,相当于从恒星接收能量的约25倍。
这意味着,这颗行星的热量主要来自其内部,而非重新辐射的恒星能量。形成初期残留的热量不可能维持如此之久,因此研究人员推断,该行星在演化后期某个阶段经历过显著的加热过程。
两种迁移模型
针对这一现象,目前主要有两种解释。第一种是共同包层模型:行星原本就在较近的轨道上,当恒星演变为红巨星并膨胀时,它进入了恒星的外层,最终从包层中幸存下来,停留在了残余核心附近。如果按照这个模型,加热事件应该发生在大约54亿年前、红巨星阶段结束时。
第二种是高偏心率迁移模型。行星最初位于更外侧的轨道,受到系统中两颗遥远伴星等天体的引力扰动,轨道逐渐变得极度偏心。它在数十亿年中反复接近白矮星,通过潮汐作用损失轨道能量,最终进入了目前这个近距离的圆轨道。
研究团队将当前测得的温度代入行星冷却模型进行反推,发现加热事件最可能发生在红巨星阶段结束后的30亿至55亿年之间。这个时间点明显晚于共同包层阶段,因此更支持由伴星引力扰动导致的高偏心率迁移模型。
甲烷带来的不确定性
现有的冷却模型主要针对类木星大气建立,其中甲烷的比例大约为0.3%;然而,WD 1856 b的甲烷含量却高达7%左右。甲烷是一种强效温室气体,这种巨大的成分差异很可能会影响温度反演的结果。研究人员需要建立更接近行星实际成分的新模型,才能更准确地还原其演化历程。
WD 1856 b距离地球大约75光年,在银河系尺度上可谓近在咫尺。这颗恒星死亡后幸存行星在附近出现,暗示着类似的天体在宇宙中可能并不罕见。值得一提的是,研究团队已获得更多的JWST观测数据,并将继续深入研究这个系统,以及更多白矮星周围的行星幸存者。
