如果你看过《星球大战》,一定记得卢克·天行者站在塔图因星球上,望着天空中两颗太阳缓缓落下的画面。这个科幻场景在2011年第一次被证实存在——天文学家真的找到了围绕双星运行的行星。但过去十几年里,这类"塔图因"世界的发现速度慢得惊人:NASA的开普勒望远镜和TESS卫星用"凌日法"一共只确认了14颗。直到最近,一支澳大利亚团队用一种全新方法翻查TESS数据,一次性揪出了27颗新的候选行星。这个数字本身,可能比发现本身更让人意外。
这项研究刚刚发表在《皇家天文学会月刊》上。主导研究的是新南威尔士大学的博士生Margo Thornton,她的导师Ben Montet也是论文的共同作者。两人用的技术叫"拱线进动"(apsidal precession),这东西以前主要用来研究双星本身的轨道特性,但从来没人把它当成找行星的筛子。
说人话就是:两颗互相绕转的恒星,如果恰好从地球看过去会互相遮挡(也就是发生"食"),它们的亮度就会周期性变暗。正常情况下,这个"食"的时间表应该很规律。但如果有一颗行星也在绕着这两颗恒星转,它的引力会悄悄拉扯双星的轨道,让"食"的发生时间出现微小偏移。这种偏移小到用肉眼绝对看不出来,但TESS卫星积累了多年的精确测光数据,加上新算法的加持,27个可疑信号就这样浮出了水面。
这些候选者的个头跨度很大:最小的可能和海王星差不多,最大的能达到木星质量的10倍。距离上,最近的约650光年,最远的约18000光年——差不多横跨了我们银河系的可见范围。"它们散落在南北两个半球的天空,"Montet说,"这意味着一年中的任何时候,只要你有望远镜,至少有一个这样的系统在夜空中等着你去瞄一眼。"
但更关键的数字是比例。团队在1590个双星系统里筛出了27个候选,命中率接近2%。这个比例暗示着什么?Montet算了一笔账:即将启用的薇拉·鲁宾天文台要开展为期10年的"时空遗产巡天"(Legacy Survey of Space and Time),按这个命中率,未来可能找到数千甚至数万颗双星行星。"这是个令人兴奋的第一步,"他说,"同时也意味着接下来几年我们有的是活儿要干。"
Thornton提到一个更深层的意义:我们目前对行星的认知是有偏见的。"我们找到的大都是最容易发现的那一批。"凌日法有个硬伤——只有当行星轨道平面恰好侧对着地球时,我们才能看到它从恒星前面经过。而拱线进动法不挑角度,只要行星引力足够扰动双星轨道,就有可能被逮到。"这种方法可能帮我们揭开一大群隐藏行星的真面目,尤其是那些轨道没对准我们视线的。"她说,"它能让我们看到宇宙中行星的真实分布可能是什么样子。"
不过,Montet也留了个谨慎的尾巴。这27个目前还只是"候选者",下一步要逐一验证哪些是真的行星,哪些可能是其他东西造成的假信号——比如第三颗恒星,或者双星本身的活动干扰。"我本来没指望这个试点研究就能找出27个,"他说,"现在真正有趣的部分才开始:搞清楚哪些是真的。"
这让我想起一个挺有意思的事。双星系统在银河系里其实比单星更常见,太阳这种孤零零的恒星反而是少数派。如果2%的双星都带行星,那"塔图因"式世界可能一点也不稀奇——只是我们以前缺乏有效的寻找工具。拱线进动法的大规模应用,相当于给行星猎人换了一副新眼镜。这副眼镜能看多远、多清楚,未来几年TESS的更多数据和鲁宾天文台的巡天结果会给出答案。
还有一个悬念是:这些双星行星是怎么形成的?两颗恒星的引力搅在一起,理论上会让行星轨道变得极不稳定,要么被甩出去,要么撞向恒星。但观测告诉我们它们确实存在,而且可能数量庞大。这意味着要么我们的行星形成模型漏掉了什么关键机制,要么这些行星是在双星系统形成后才被"捕获"的。无论哪种情况,都是行星科学里还没填上的坑。
所以眼下这27个候选者,既是收获,也是邀请函——邀请天文学家去回答更多问题。而对我们这些站在地面上仰望的人来说,或许可以换个角度想:下次看《星球大战》的时候,塔图因的双日落已经不再是纯粹的科幻画面。在银河系的某个角落,此刻正有某个世界的天空在上演同样的景象。我们只是刚刚开始学会指向它们的方向。
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