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在三體恆星系統中發現巨行星

在三體恆星系統中發現巨行星

想象一個世界,一顆行星擁有3 個「太陽」,在連續若干個傍晚,「太陽」一個接一個地落山;但是在一年的其他時間裡,世界又是另一番模樣,晝夜不分總是陽光。上述情景很可能出現在HD 131399Ab 行星上,這是一顆新發現的太陽系外行星,其質量是木星的4 倍,在三體恆星系統的軌道上運行。該行星由一個國際天文學家團隊使用SPHERE儀(儀器安裝在歐洲南方天文台的智利甚大天文望遠鏡中)發現,它的存在是對行星系統形成和演化的現行理論的挑戰。

天文學家已經發現了超過3000 顆系外行星,它們分別圍繞著太陽以外的恆星運行,此外在附近的宇宙中,預計還有許多這樣的行星。到目前為止,我們所知道的系外行星包括質量幾倍於地球的岩石天體,以及質量略小於木星的氣體巨行星。HD 131399Ab 是由SPHERE 儀首次發現的系外行星。使用這台專門設計的儀器,在2014 年已經看到來自這顆遙遠行星的極其微弱的紅外光。要最終確認發現這顆行星非常困難。這就是為什麼早期發現的系外行星都是靠測量行星遮擋母恆星發出的光而發現的。

研究團隊吃驚地發現,這顆行星是在一個很寬的軌道(見圖中紅圈)圍繞一顆恆星(稱為A,見圖中大藍圈上的亮點)運行,行星與恆星A兩者相距約50 天文單位(AU)(海王星距太陽30AU)。其他兩顆恆星(B 和C)被綁成一個雙星系統(見圖中小藍圈上的雙亮點),它們距恆星A大約300 AU。A星是系統中最大的,約1.8 倍太陽質量,而B 星比太陽略小,C 星約0.6 倍太陽質量。該三體恆星系統距離地球約300光年。

研究團隊已經計算出HD 131399Ab 沿寬軌道繞恆星A一周需要550 個地球年。三體恆星系統的軌道初看起來是不穩定的。於是該團隊創建了一個計算機模型,試圖理解為什麼三恆星能保持在一起。計算機模擬的結果表明,這種類型的軌道是穩定的;但如果你改變參數哪怕只是一點點,它很快會變得不穩定。

在HD 131399Ab 繞恆星A一周所需的550 個地球年中,大約有一半的行星軌道行程,三顆恆星分處行星天空中的兩側,行星永遠是白天。B 星和C 星總是緊密地靠在一起,並且在行星年(即550 個地球年)中,明顯地與最亮的A星分離。在行星年的另外一部分,從行星看,三恆星聚集在一起,這給出一個個熟悉的晝夜,其中獨特的是每天有三重日落和三重日出。儘管HD 131399Ab和恆星之間有巨大的距離,但在行星表面的溫度預計仍高達850 K(580°C)。這顆系外行星的年齡可能僅有1600萬年,比地球(45億年)年輕得多。

(戴聞編譯自Hamish Johnston,Physics World,Jul 7,2016)

本文選自《物理》2017年第2期

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