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我们的太阳虽然名叫恒星,但它真的不能永恒。再过大约50亿年,太阳就会进入死亡阶段,外壳膨胀,形成一颗红巨星。等到外壳散去,最终只留下一颗白矮星。

随着太阳的膨胀,地球也将面临巨大的危机。根据天文学家的推测,太阳的外壳甚至能够膨胀到火星轨道以外,更不用说地球轨道了。不过,这里我们提到的是轨道,而不是行星本身,因为行星的命运如何,天文学家还不知道。

有人认为,连轨道都已经被包容在太阳以内了,何况行星呢?所以这些人相信,地球届时也会被太阳吞入腹中。但也有研究表明,太阳膨胀的过程中,也会释放出强烈的恒星风,或将能够把地球等行星吹到更远的位置上,留下行星“一条小命”。

第二种想法绝非无稽之谈,天文学家已经找到了一些证据。目前,天文学家已经在宇宙中观测到一些围绕着白矮星的行星了,这意味着它们确实从红巨星阶段幸存了下来,或者在恒星死亡后形成。

但这不能说明全部的问题,因为也可能有大量的行星已经被红巨星所吞噬。由于它们已经被吞噬,灰飞烟灭,我们上哪里去找这种天体呢?所以,我们似乎只能发现残留在白矮星旁边的行星,最终导致幸存者偏差。

这一点不用担心,因为天文学家还是能够找到方法找到这些行星曾经存在过的证据。越来越多的研究表明,残留下来的行星只是少数,大部分行星在红巨星膨胀的过程中都被吞噬了。想要找到其中的证据不难,只要找到白矮星大气中的行星元素“污染”即可。

我们知道,白矮星的主要化学成分是碳和氧。白矮星也有一层很薄的大气层,通常以氢和氦为主。但如果有行星被吞噬,那么行星上的各种金属元素都会被白矮星吸收,并被天文学家检测到,这种研究叫死亡行星学(necroplanetology)。

经常关注我们的朋友应该知道,检测天体中化学元素的方法通常就是利用光谱法。天体发出的光在可见光的每个波段都存在,但如果经过了某些化学物质之后,就会有一部分波段被吸收。因此,天文学家只要对白矮星的光谱进行分析,看看它们缺失了哪些波段,就能判断其含有哪些化学元素。

最近,天文学家就在宇宙中发现了两颗白矮星,就含有可能来自于行星的元素。在最新一期《皇家天文学会月报》上,天文学家介绍了他们的发现。

其中一颗白矮星被命名为WD J2147-4035,距离我们约90光年。它的体积非常小,并且很黯淡,呈现出与众不同的红色,是迄今为止发现红色调最多的白矮星。根据观测,这颗白矮星形成于大约102亿年前,也是目前已知最古老的被行星元素污染的白矮星。

相比之下,另一颗被命名为WD J1922+0233的白矮星距离我们约128.5光年,形成于大约90亿年前。它的颜色也很特殊,呈现出蓝色。和上一颗白矮星相比,它似乎更值得关注。天文学家在对其大气中的元素进行分析后得出结论,被它吞噬的行星,和地球应该很相似!

我们知道,白矮星是死亡的恒星,内部已经没有活动了,因此也不会再产生热量,在漫长的岁月里逐渐冷却。目前,红色白矮星的表面温度约为3050K,蓝色白矮星的表面温度则是3340K左右。白矮星的冷却速度是已知的,所以只要测量这两颗白矮星的温度,就可以确定它们是在何时形成的。

英国华威大学的天体物理学家Abbigail Elms是本次研究的主要作者,她指出:“我们正在发掘银河系中最古老的曾经被类地行星污染的恒星残骸,想一想,这发生在100亿年前的尺度下,这太不可思议了。而且它们被吞噬的时候,地球都还没有形成。”

发现这两颗白矮星的是欧洲航天局的盖亚卫星,和她的同事们从盖亚卫星的数据中发现了它们之后,就产生了浓厚的兴趣,并展开了研究。通过光谱分析,他们发现在红色的白矮星大气中含有钠、锂、钾,并且还可能存在着碳;蓝色的白矮星的大气中也存在着钠、钙和钾这样的金属元素。

要知道,白矮星的密度极大,每立方厘米的质量重达数吨,因此表面重力极强。像这样比较重的元素,应该很容易逐渐沉积到白矮星的内部,无法被天文学家观测到。既然它们仍然存在于白矮星大气中,就说明它们来自于白矮星周围,并逐渐落到白矮星表面。不过,两颗白矮星吞噬的行星,似乎又有所不同。

以红色白矮星为例,被它吞噬的行星很有可能在红巨星阶段幸存了下来,但它最后还是被撕成了碎片,在几十亿年的时间里慢慢地被白矮星吸收。尽管这个它已经被摧毁,它仍然是人类迄今为止发现过最古老的行星系统。

而在对蓝色白矮星的大气进行分析后,研究人员发现,其成分和地球大陆的地壳有些相似,这意味着被吞噬的行星很有可能是类地行星。同样的,WD J1922+0233能变成今天的白矮星,质量约为太阳的57%,意味着它曾经是一颗类太阳恒星。换句话说,这个系统很可能代表着地球的未来。

研究人员指出,它们就像是保存在银河系内的化石一样,记录着宇宙最古老的历史。通过对这些天体的研究,可以帮助我们了解太阳系形成之前,银河系内的行星系统是什么样的。

正如华威大学的天体物理学家Pier-Emmanuel Tremblay描述的那样:这些古老的恒星形成于一百亿年前的尺度下,当时宇宙中出现过的超新星还没有今天这么多,所以金属元素的含量也非常少。在这个金属元素匮乏、富含气体元素的环境中形成的行星系统,固然和太阳系内的行星有所不同。

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7165743922650563106

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