一颗行星如何逃过红巨星吞噬？|凌星|太阳系|恒星|白矮星|系外行星

在死亡恒星附近的行星

大约50亿年后，太阳核心中的氢燃料将会耗尽，并膨胀成一颗红巨星，体积比现在大100多倍。在此过程中，它将吞没水星、金星，甚至可能吞没地球。随后，太阳会抛掉外层物质，只留下一个炽热而致密的核心，也就是白矮星。

事实上，太阳的结局并不特殊。包括太阳在内的大多数恒星，终有一天都会经历类似的晚年演化：先膨胀成红巨星，随后留下白矮星遗迹。近年来，天文学家已经发现了几颗围绕白矮星运行的行星候选。这意味着，行星并不一定会在恒星晚年的剧烈演化中被吞噬或摧毁；有些行星可能完整地熬过这一过程，继续围绕恒星残骸运行。

2020年，天文学家利用凌星系外行星巡天卫星（TESS）和斯皮策空间望远镜（SST），发现了一颗气态巨行星WD 1856 b。它正围绕距离地球约80光年的白矮星WD 1856+534运行。这是天文学家所知道的最奇特的行星系统之一：因为通常来说，大多数行星都小于它们所绕行的恒星，但WD 1856 b的半径却约为WD 1856+534的8倍，而且它的轨道极其靠近白矮星，每1.4天就完成一次公转。

自首次发现以来，天文学家就困惑于它究竟是如何在恒星剧烈的死亡过程中幸存下来的。如今，天文学家首次利用韦布空间望远镜（JWST）测量了这颗行星的大气、质量和温度。新的观测结果或许终于可以解释为何这颗行星能够不可思议地逃过毁灭。研究结果已经发表于近期的《自然》杂志上。

不可能的轨道

关于WD 1856 b究竟是如何来到今天这个位置的，目前有两种理论：一种观点认为，这颗行星在主星死亡过程中曾被吞没但奇迹般幸存下来；另一种观点认为，它的轨道迁移是由系统中其他天体的引力作用造成的。这颗白矮星是一个三星系统的一部分，外围的伴星可能影响了WD 1856 b的轨道。

为了检验这些可能性，研究团队利用JWST捕捉了WD 1856 b从其恒星前方经过的过程，即所谓的“掠凌”：行星最外侧的上缘与恒星发生部分重叠。这次凌星为研究人员提供了关于这颗行星质量和温度的独特信息，并估计其质量约为木星的4到11倍。与此同时，恒星光穿过行星大气时，也携带了关于其大气化学组成的信息。

在凌星过程中，来自白矮星的光被部分遮挡，但红外光被遮挡的程度小于其他波长的光。这一差异来自行星自身热量所发出的红外辐射。数据显示，这颗行星的温度约为400开尔文，也就是126摄氏度。这一温度比预期的要热得多——如果它唯一的热源是白矮星发出的光，那么它的温度应当低约240度。

不过，这一令人困惑的发现，成为判断这颗行星如何抵达当前轨道的关键线索。研究人员意识到，如今这个系统中并不存在足以产生这些热量的能量来源，因此，这些热量必定是早期某次加热事件遗留下来的余热。当时，这颗行星可能曾被红巨星吞没，也可能是在向内迁移的过程中被加热。

研究团队利用巨行星随时间冷却的模型，并结合JWST提供的行星质量和当前温度数据，得以将其温度变化向过去回推，并推断出加热事件大约发生在多久以前。他们的结论是：这次加热最可能发生在恒星变成白矮星后的30亿到55亿年之间。在这种情景下，WD 1856 b最初可能位于一条较远的安全轨道上绕其宿主星运行，因而才能在宿主星经历破坏性的红巨星阶段时能得以保持安全；在其宿主星死亡数十亿年后，它才逐渐迁移到如今的位置。

在这颗行星向内迁移的过程中，它与白矮星强大引力之间的相互作用，使它显著升温。从那以后，它便一直在冷却。

死亡并非终点

除了推断这颗行星最可能如何幸存下来之外，透射光谱还揭示了其大气中存在某些分子的迹象。他们捕捉到了小云颗粒和碳氢化合物的典型信号，其中碳氢化合物最可能是甲烷。这是天文学家首次分析了一颗绕白矮星运行的行星的大气。