日前，來自英國、智利和德國的天文學家團隊在《自然》雜志刊文稱，首次發現了圍繞一顆白矮星（名為 WDJ0914+1914）旋轉的巨行星的證據。這個“偶然的發現”，或讓我們得以管窺太陽系 50 億年后走向滅亡時的面貌，以及地球可能的宿命。一起聽聽中國科學院國家天文臺趙景昆研究員怎么說～

想象圖描繪出新發現的恒星系統，有塊行星碎片繞著白矮星公轉。ILLUSTRATION BY UNIVERSITY OF WARWICK/ MARK GARLICK

　　Q：什么是白矮星，它是如何形成的？

　　A：白矮星是一種低光度、體積小、高密度的恒星，是質量小于 8 個太陽質量的恒星的最終歸宿。它的內部已經停止了核反應，又稱為死亡的恒星，只能依靠電子簡并壓力來抵抗本身的重力。隨著時間的推移，它不斷的冷卻，最終形成黑矮星。銀河系中超過 95% 的恒星最終都會演化為白矮星。

　　中低質量的恒星會經歷一個漫長的主序階段，此階段依靠核心的氫燃燒來提供能量。核心的氫燃燒完之后，變成了含氦的核。這個核由于沒有內部輻射壓而收縮，收縮產生的熱量點燃了周圍殼層的氫。殼層的氫點燃之后進一步壓縮核心，并導致核心溫度急劇上升，外層迅速擴張，這就是紅巨星分支。等到核心壓縮到超過一億攝氏度之后，核心的氦被點燃開始核聚變形成碳和氧，這個點燃的過程叫“氦閃”。氦閃之后核心開始膨脹，形成了核心燒氦外層燒氫的巨星，這時候叫做水平分支巨星。此時由于核心膨脹導致了溫度不再上升，所以恒星反而不再膨脹，光度也略有下降。水平分支繼續發展直到內核積累了足夠的碳和氧，碳和氧繼續失去輻射壓力而收縮升溫，外面包裹著氦聚變和氫聚變兩層包層，此時恒星又開始升溫，繼續膨脹，變成紅超巨星，此時叫做漸進巨星支。如果質量不足以點燃碳聚變，那么很快整顆恒星就會變得不穩定，外層開始損失質量，最后外層散逸，只留下無法繼續核聚變的碳氧核收縮成簡并態，這就是白矮星。

　　Q：這次發現都有哪些不同尋常之處？

　　A：這項研究中的白矮星是從斯隆數字巡天光譜證認的 7000 顆白矮星中發現的，而且僅此一顆。理論推斷，在白矮星光譜中發現巨行星信號的概率非常低，僅為萬分之一。這個白矮星系統初始被錯誤的分類為一個密近雙星白矮星系統，后來經過對光譜仔細檢查，才發現了它的特殊之處，所以我們可以說這是一個偶然的發現。

斯隆數字巡天利用位于美國新墨西哥州的 2.5 米口徑望遠鏡進行巡天觀測

　　說它特殊，是因為研究小組在斯隆數字巡天提供的低分辨率光譜中發現了氧的發射線和可能的硫的發射線。后來經過歐洲南方天文臺的X-shoot 儀器對這顆白矮星進行的后繼觀測，證實了氧和硫的存在，而且還發現這些元素來自于圍繞白矮星旋轉的氣體盤，而非白矮星本身。最終通過豐度分析，研究小組發現氧和硫的含量類似于在冰質巨型行星如海王星和天王星的深層大氣層中發現的含量。因此，推斷出產生這種氣體盤的唯一的可能是來自于圍繞白矮星旋轉的巨行星。

　　Q：為什么到現在才首次發現圍繞白矮星旋轉的巨行星的證據？尋找的過程要面臨哪些困難？

　　A：首先白矮星因為體積小，光度暗，光譜獲得較困難。在斯隆數字巡天之前，光譜證認的白矮星數量僅僅為 2000 個。近年來斯隆數字巡天光譜證認的白矮星數量才達到約 30000 個，所以說，直到最近 10 多年，才有了較豐富的白矮星目標源。

　　另外，白矮星光譜上的巨行星的信號相對較弱，通常不易發現。WD1914+0914 這顆白矮星起初也被錯誤的認為是一個密近交互雙星，后來經過對光譜仔細檢查，才發現了它的特殊之處。

　　最后，化學成分的最終確定以及豐度分析，需要大望遠鏡的后繼觀測，這些大望遠鏡的觀測時間寶貴，申請相對較困難。以上因素對發現白矮星存在巨行星的證據帶來了困難。

恒星演化略圖

　　Q：這次發現會給恒星、行星演化等相關研究帶來新線索嗎？

　　A：在這次發現過程中，研究小組成員開發了計算白矮星周圍氣體圓盤的模型，這是人們第一次能夠測量圓盤中氧和硫等氣體的數量，這為研究系外行星大氣的組成提供了線索。

　　這項發現同時也拓展了氣態巨行星的存在時標和演化軌跡，為我們揭示了類海王星質量的行星，在其主星演化到白矮星階段后仍然存在的證據，也在某種程度上預示了我們太陽系中的巨行星的演化歸宿。

　　另外，通常認為，在恒星脫離主序演化為紅巨星的過程中，會吞噬它的行星系統。在該項研究之前，還沒有觀測證據表明有一顆巨行星能在恒星轉變為白矮星的過程中幸存下來。所以此項研究不但揭示了恒星的殘留物白矮星仍然可以擁有行星，而且通過行星的軌道分析暗示白矮星可能擁有多顆行星。

　　Q：此次是通過分析白矮星中的氣體，發現了這顆行星，如果行星上有大量氧氣，是不是也暗示白矮星周圍可能會存在擁有生命的行星？

　　A：現有的理論認為，類似我們地球上的碳基生命的存在，不僅需要氧氣，還需要適宜的溫度、穩定的大氣層，以及液態水作為發生生命化學反應的溶劑。在此項發現中，由于白矮星的輻射，巨行星的大氣層被持續的吹走，不利于形成穩定的大氣結構和持久的溫室效應。

　　同時，由于這顆白矮星演化過程中曾經經歷過巨星階段，因此可能已經吞并和摧毀了其周圍的多數行星系統。殘存的這顆巨行星可能處于較遠的軌道上，才一直存活到了白矮星階段。在如此“嚴酷”的環境中，生命存在的希望非常渺茫。

　　不過，由于白矮星演化的時間尺寸非常長，在如此漫長的時標下，理論上不能排除其周圍行星系統中曾經有過或者未來能演化出適宜生命存在的環境。

太陽系

　　Q：此次發現對預測太陽系的未來有何意義？

　　A：太陽目前大概年齡為 40 億年，再過 50 億年后，它將脫離主序，演化成一個紅巨星，最終的歸宿也是一顆類似 WDJ0914+1914 的白矮星。因此，這個發現對我們預測太陽系的未來具有指導意義。

　　太陽演化成紅巨星后，將吞噬水星、金星和地球，但是火星、小行星帶、木星和太陽系中的其他行星將在其軌道基礎向外擴張。在太陽成為白矮星后，仍然可以作為行星的宿主，火星，小行星帶和木星將會圍繞它運轉。在行星運行的過程中，它們可能被已成為白矮星的太陽巨大的引力吸引過去。此時，太陽發出的輻射可能會非常強大，足以蒸發掉目前正在運行的木星、土星和天王星的大氣層，最后剩下來的可能只有它們的巖石核心。

　　受訪專家

　　趙景昆：中國科學院國家天文臺研究員，研究方向銀河系結構及其化學演化，白矮星

　　趙斐：中國科學院國家天文臺助理研究員，研究方向包括系外行星搜尋、激光頻率梳和宜居帶模型

　　撰稿：肖春芳

總結

以上是生活随笔為你收集整理的这颗不同寻常的星或揭露太阳系未来面貌的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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