一个被望远镜反复端详了几十年的年轻恒星系统,最近又多出一位成员。它一直就在那里,却用最不动声色的方式躲过了所有搜寻——没有亮闪闪的光点,也没在尘埃盘里搅出引力的扭结。这颗至少两倍木星质量的行星,是靠一种新的“嗅觉式”技术被闻出来的。
更不可思议的是,发现它的团队原本压根没打算找新行星,只是想盯着一颗早已成名的老伙计查一查天气。结果,光谱里飘出了完全不属于目标行星的化学分子,顺藤摸瓜,竟牵出一个藏匿已久的大质量世界。
这就是詹姆斯·韦伯空间望远镜在绘架座β星系统里的最新收获:行星绘架座β星d——一个此前完全不为人知的巨行星,把一个科幻设定般的难题扔到了行星科学家面前:我们以为已经把这个系统扒得底裤都不剩,但它居然还藏着东西。
绘架座β星距地球约63光年,在天文学上只算“隔条街的邻居”。它年龄大约2300万年,与几十亿岁的太阳相比,简直就是刚刚出锅的幼崽。这种既近又年轻的特质,使它成为研究行星系统从摇篮里长成什么样的天然实验室。它周围环绕着巨大的气盘和尘埃盘,那是行星形成剩下的边角料,乱糟糟地飘着岩石块、冰块和大量细如烟灰的宇宙尘埃。在这种环境里直接拍清一颗行星,难度不亚于隔着一场沙尘暴认车牌号。然而,天文学家已经成功拍到过两颗大质量行星——绘架座β星b和c。尤其是行星b,曾是历史上最早被直接成像的系外行星之一,在教科书和科普海报上没少露面。
正因如此,整个系统的底细被认为摸得足够细致:两颗已知行星的轨道平面、质量、与尘埃的互动都被建过模型。所以当绘架座β星d从数据里浮出时,团队的第一反应不是“哇哦发现了”,而是“等等,怎么这儿还多出来一个”。
事情的起因跟行星d本无直接关系。加州大学圣迭戈分校的博士后研究员Aidan Gibbs和合作者们,本来的计划很单纯:用韦伯望远镜上的近红外光谱仪NIRSpec仔细看看行星b的大气层,想弄清楚这个巨型热气团的化学成分。行星b又亮又大,观测起来相对方便,属于那种“既然望远镜上去了,不如顺便试试”的甜蜜点目标。
没想到,NIRSpec的积分场单元(IFU)传来的不只是一张照片,它同时扫遍了整片视野里每一处的光谱——相当于一边录像,一边在每个角落同步做化学检测。就在分析这些信号时,一种熟悉又陌生的套路出现了:在行星b该出现的位置之外,另一片区域竟同时冒出了一氧化碳、水蒸气和甲烷的清晰指纹。
这些分子在天体大气里不算稀奇,但凑在一起,且与行星b的信号毫无混淆,只能得出一个结论:那里存在一个独立的高温浓密大气气团,一颗此前从未被发现的行星。
地球上常强调“眼见为实”,但在系外行星探测里,直接靠影像捉到点光源反而更像一种幸运。多数系外行星其实是通过凌星法或径向速度法间接推断的,可这两种手法在尘埃密布的年轻系统中常会失灵:尘埃盘太厚挡住凌星,或者恒星本身过于活跃,微弱的引力位移信号被完全淹没。正因如此,这回用大气化学直接“抓”到行星d的方法,才显得格外有趣——它从前似乎没被当成可行的搜索路线,现在却切切实实开出了一条新路。
研究人员也毫不掩饰兴奋之情。他们发表在《天体物理学杂志快报》的论文指出,韦伯的IFU模式提供了一种更聪明的找行星思路:与其非要知道行星在哪儿成像,不如把大片天区当作用化学指纹标记的搜索空间,哪里有氤氲的水蒸气和一氧化碳信号,哪里就可能包裹着一颗行星。这种方法在直接成像几乎无望的粉尘密集区域尤其有用,相当于把本该被尘埃吞掉的微弱光源,通过化学鉴定重新“翻译”出一颗天体的存在。
Gibbs坦言:“Beta Pictoris长久以来一直是我们理解行星系统形成和演化的实验室,而现在我们有了另一颗行星来帮助讲述这段故事。”
从参数上看,这颗新认出的大个子位于绘架座β星系统的最外层。初步轨道模型估计,它绕恒星旋转的平均距离约30个天文单位,放在太阳系里差不多是海王星的位置,但在它所在的系统中已是行星链的最远轨道。它的总质量至少是木星的两倍,鉴于行星b质量更大,行星d可能是目前已知三颗巨行星中最小的那位,但放在整个银河系里,依然是不折不扣的巨无霸。
更让天文学家兴奋的是,这次发现让绘架座β星成为继HR 8799之后,第二个已知拥有至少三颗可成像行星的系统,也为在尘埃横飞的年轻系统中寻找“隐形”行星,提供了可复制的化学指纹方案。
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