在《星球大战》电影场景中有一个奇特的星球:塔图因星球,它的天空有两颗恒星。
这种围绕两颗恒星运行的环双星行星,天文学家在现实宇宙里已经有所发现,但发现的数量却很少,其核心原因是,它们长期隐藏在我们的观测盲区中。
天文学家目前已确认超过6000颗系外行星,其中绝大多数都是围绕着像太阳一样的单颗恒星运行;而能被严格确认的环双星行星,至今也不到20颗。
这并不是因为宇宙里的环双星行星极其稀少,而是我们寻找系外行星的主流方法,很难探测到它们。
过去几十年,系外行星的发现几乎全靠凌日观测法。
这个方法的原理很简单:如果一颗行星刚好从它的宿主恒星和地球之间穿过,就会挡住一点点星光,我们捕捉到这个时候主恒星短暂的亮度下降,就能推断行星的存在。
但对于环双星系统来说,这个方法的限制极其苛刻,行星的轨道必须和双星的公转轨道几乎完全共面,并且还要精准对准地球的视线方向,哪怕只有几度的倾角,我们就再也看不到它的凌日信号。
而更棘手的是,凌日法对于很靠近恒星的行星来说,观测的成功率会很大,但若离得很越远,行星凌日的概率就越低,几年甚至几十年才会出现一次,这在太空望远镜的观测窗口期里,就很容易被错过。
这就导致我们对环双星行星的认知,一直被困在共面、紧凑、近距的小圈子里,完全看不到那些轨道倾斜、距离更远的行星,更没法回答一个核心问题:宇宙里的环双星行星,到底有多常见?
最近,于2025年5月4日发表在《皇家天文学会月刊》的研究,来自新南威尔士大学的天文学家们,他们找到了一把能打破这个盲区的钥匙:利用双星轨道的拱点进动效应,来大规模的搜寻隐藏起来的环双星行星。
这种方法此前仅被用于双星系统的基本性质表征,从未被用于环双星行星的大范围巡天。
这个方法听起来陌生,但原理却很好理解。
两颗互相绕转的食双星,就像一对配合默契的双人舞舞者,它们的公转轨迹是稳定的椭圆,什么时候互相靠近、什么时候彼此遮挡(也就是天文学上说的主、次恒星食),这都可以被精准的预测。
如果周围没有其他天体干扰,它们的舞步会一直保持稳定,恒星食的时间也不会出现偏差。
但如果旁边藏着一颗我们看不见的行星,它的引力就会像一只无形的手,轻轻拽动这对舞者,让它们的椭圆轨道长轴在轨道平面内慢慢转动,这使得原本精准的主、次恒星食时间表,就会出现可测量的反向偏移,主食来得越来越晚,次食就来得越来越早,反之亦然,这就是环双星行星引力引发的拱点进动。
当然,能让双星轨道发生进动的,不只有行星。
爱因斯坦的广义相对论效应,以及恒星自身的潮汐拉扯、自转带来的影响,这都会造成类似的轨道进动。
所以团队的核心工作,就是把这些已知的物理效应全部精准计算出来,从观测到的总进动里一一扣除。
如果最后还剩下无法解释的额外进动信号,那就说明这个双星系统里,一定藏着一个未被发现的引力源。
在这次研究中,他们从欧空局盖亚卫星的食双星候选星表中,筛选出1590个符合观测条件的目标,再结合NASA的TESS太空望远镜至少两年基线的高精度测光数据,对每一个系统的恒星食时间进行了极致精准的拆解。
最终,他们在36个双星系统里,找到了无法用广义相对论、潮汐与自转效应解释的额外进动,在排除了高噪声、信号显著性不足、伴星质量达到褐矮星/恒星级别的系统后,最终锁定了27个候选系统,这些系统里,隐藏引力源的最小质量,刚好落在行星的范围内。
这27个候选环双星行星,彻底打破了过去的认知边界。
之前通过凌日法找到的环双星行星,宿主恒星有效温度都不超过6400K,而这次的候选体里,有30%的宿主恒星温度超过了这个上限,最热的甚至超过9000K。
同时,这些双星的公转周期从4.3天到129.3天不等,也完全超出了过去已知的环双星宿主双星的周期范围。
更重要的是,这个方法完全不依赖行星的轨道朝向,哪怕行星的轨道和双星平面有很大的倾角,哪怕它在更远的稳定轨道上运行,我们也能捕捉到它的引力痕迹。
当然,现在这些天体还只是候选行星。
这种动力学方法有一个天然的参数简并问题:同样的进动信号,既可能来自一颗离双星很近的小质量行星,也可能来自一颗离得更远的大质量褐矮星甚至恒星。
接下来,团队会用地面4-10米级的大型光学望远镜,通过径向速度观测,给这些候选体验明正身,精准锁定它们的质量,最终确认它们的行星身份。
宇宙里超过一半的恒星,都处于双星或多星系统中,而我们过去对这些系统里的行星世界,几乎一无所知。
这次的发现,就像为我们打开了一扇全新的大门,如果环双星行星在宇宙里普遍存在,那我们对行星形成、演化的认知,甚至对宜居星球的寻找范围,都将被彻底改写。
那些双日同辉的世界,不再只是科幻电影里的想象,它们或许就在银河系的某个角落,等着我们去发现。
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