天空中最令人心酸的景象之一是白矮星。尽管它们的质量与我们的太阳相当，但它们却是所有恒星中最暗淡的，而且还在变得越来越暗淡；它们不遵循将恒星质量与亮度联系起来的通常模式。天文学家认为白矮星一定不是真正的恒星，而更像是恒星的遗骸。每个白矮星都曾经非常像我们的太阳，并且发出同样的光芒。但随后它们开始耗尽燃料，进入风暴般的死亡阵痛，膨胀到先前大小的100倍，亮度增加10000倍，然后脱落外层，萎缩成地球大小的 glowing 煤渣。在永恒的剩余时间里，它将惰性地静坐着，慢慢地褪色成黑色。
如果这个故事还不够令人沮丧，情况会变得更糟。我们和我们的同事已经在我们的星系中发现了十几颗以上被小行星、彗星甚至行星环绕的白矮星——整个世界的天体墓场。当这些恒星还活着时，它们每天都在这些世界的天空中升起。它们温柔地温暖着土壤，搅动着微风。生物可能已经吸收了它们的光芒。但是当恒星死亡时，它们汽化或吞噬并焚毁了它们的内行星，只留下了那些居住在寒冷边远地区的星体。随着时间的推移，白矮星也撕碎并吞噬了许多幸存者。这些被摧毁的星系为我们自己的太阳系在五十亿年后太阳死亡时的命运提供了一个严峻的景象。
天文学家一直怀疑行星可能围绕着我们太阳以外的恒星运行。然而，我们想象我们会发现像我们自己的太阳系一样的系统，以一颗像太阳一样的恒星为中心。然而，当15年前发现的浪潮开始时，很明显地看出，太阳系外的行星系统可能与我们的太阳系截然不同。第一个例子是类太阳恒星飞马座51，发现它有一颗质量比木星还大，轨道比水星还小的行星。随着仪器的灵敏度越来越高，他们发现了更加奇怪的例子。类太阳恒星HD 40307拥有三颗质量在地球质量的四倍到十倍之间的行星，所有行星的轨道都小于水星轨道的一半。类太阳恒星巨蟹座55 A拥有不少于五颗行星，质量范围从地球质量的10倍到1000倍，轨道半径范围从水星的十分之一到大约木星的轨道半径。科幻小说中想象的行星系统几乎无法与之相比。
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白矮星系统表明，恒星甚至不需要是类太阳恒星。行星和行星的组成部分可以围绕着本身不比行星大的天体运行。这些系统的多样性与普通恒星周围的系统相当。天文学家几乎没有预料到行星系统的普遍性、它们的坚韧性以及它们形成过程的明显普遍性。像我们自己的太阳系这样的系统可能不是宇宙中最常见的行星甚至生命所在地。
从灰烬中重生的凤凰
今天有时会被遗忘，但首次确认发现的任何太阳系外行星都是围绕着一颗非常不像太阳的恒星：中子星PSR 1257+12，这是一种比白矮星更极端的恒星遗骸类型。它将比太阳更大的质量压缩到一个小行星的大小，大约20公里宽。创造这个怪物的事件，一颗质量是太阳20倍的恒星的超新星爆炸，比类太阳恒星的死亡更猛烈，很难想象行星能在其中幸存下来。此外，爆炸的恒星可能有一个大于1天文单位（天文单位，地球-太阳距离）的半径，这比我们今天看到的行星的轨道还要大。由于这两个原因，这些行星一定是从爆炸的灰烬中升起的。
尽管超新星通常将其大部分碎片喷射到星际空间，但少量碎片仍然受到引力束缚，并落回形成围绕恒星残骸的旋涡状圆盘。圆盘是行星的诞生地。天文学家认为，我们的太阳系是在一团无定形的星际尘埃和气体云在自身重量下坍缩时形成的。角动量或自旋的守恒阻止了一些物质简单地完全落向新生的太阳；相反，它沉淀成煎饼形状。在这个圆盘内，尘埃和气体凝结成行星[参见“行星的起源”，作者：道格拉斯·N·C·林；《大众科学》，2008年5月]。在超新星爆发后的回落盘中，很可能也发生了同样的过程。
天文学家通过探测PSR 1257+12发出的无线电脉冲的周期性偏差发现了围绕它的系统；这种偏差的产生是因为轨道行星对恒星产生轻微的拉力，周期性地移动其位置，从而改变脉冲必须传播的距离。尽管对其他恒星的脉冲进行了深入搜索，但观测者不知道有其他类似的系统。另一个脉冲星，PSR B1620-26，至少有一颗行星，但它绕恒星运行的距离太远，天文学家认为它不是在回落盘中形成的，而是从另一颗恒星引力捕获的。
然而，在2006年，美国宇航局的斯皮策太空望远镜发现了来自中子星4U 0142+61的意外红外辐射。红外光可能来自恒星的磁层或星周盘。这颗恒星大约在10万年前的超新星爆发中形成，行星通常需要大约一百万年左右才能聚集，因此如果辐射确实预示着圆盘的存在，那么这个系统可能有一天会类似于围绕PSR 1257+12旋转的系统。
许多白矮星也有圆盘，尽管类型有些不同：这些圆盘表明了轨道天体的实际存在，而不仅仅是形成它们的潜力。与4U 0142+61一样，线索是意外的红外光发射。第一个暗示可以追溯到1987年，当时美国宇航局的地面天文台之一，位于夏威夷莫纳克亚山顶的红外望远镜设施，发现了来自白矮星G29-38的过量红外光。这种过量光谱是一个温度为1200开尔文的天体的光谱，远低于恒星表面12000开尔文的温度。
最初，天文学家认为这颗白矮星一定是被一颗较冷的第二颗恒星环绕着。但在1990年，他们表明红外发射与恒星自身的亮度同步变化，表明它是反射或再加工的星光。最合理的解释是被恒星加热的星周盘。
这颗恒星还有另一个奇特的特性。它的最外层含有钙和铁等重元素，这很奇怪，因为白矮星表面附近的引力场非常强，这些元素应该沉入内部。2003年，我们中的一位（尤拉）对红外过量和重元素的存在提出了一个简单的解释：白矮星最近撕碎了一颗闯入其强引力场的小行星。一连串的碰撞将碎片减少到轨道尘埃盘，这些尘埃盘滴落到恒星上。
小行星作为甜点
此后的观测证实了这一情景。天文学家使用地面望远镜和斯皮策望远镜已经确定了大约15颗具有类似红外过量和元素异常的白矮星。对于G29-38和其他七颗恒星，斯皮策更进一步，识别出了来自圆盘中硅酸盐的红外发射。这些硅酸盐类似于我们太阳系尘埃颗粒中的硅酸盐，并且与星际空间尘埃中的硅酸盐截然不同。此外，尽管恒星的外层含有重元素，但它们所含的这些元素量并不相等。与倾向于保持固态的元素（如硅、铁和镁）相比，它们缺乏挥发性元素，如碳和钠。这种元素模式与太阳系的小行星和岩石行星的模式相匹配。这两个事实都支持圆盘是磨碎的小行星的论点。
围绕白矮星的圆盘比新生类太阳恒星周围产生行星的圆盘小得多。从它们的红外发射判断，它们仅延伸到约0.01天文单位，质量低至直径30公里的小行星的质量——这一事实与它们可能起源于这种天体的崩解相符。它们不是新行星形成的潜在场所，而是表明一些行星物质在恒星死亡中幸存下来的指标。理论计算表明，如果小行星和类地行星的轨道距离超过1天文单位，它们就可以逃脱毁灭。当我们的太阳死亡时，火星应该可以幸存下来，但地球可能可以也可能不行。
为了研究行星系统的一部分可能如何持久存在，两年前，斯皮策观测了白矮星WD 2226-210。这颗白矮星非常年轻，以至于原始类太阳恒星的外层仍然可见，即螺旋星云，最著名的行星状星云之一[参见“普通恒星的非凡死亡”，作者：布鲁斯·巴利克和亚当·弗兰克；《大众科学》，2004年7月]。
因此，WD 2226-210提供了类太阳恒星和较老的白矮星（如G29-38）之间的缺失环节。围绕它的是一个距离100天文单位的尘埃盘，与我们太阳系的尺度相当。这比其他白矮星周围的圆盘延伸得远得多——事实上，太远了，以至于无法由白矮星的引力撕裂的小行星组成。这个圆盘一定是由小行星和彗星碰撞时释放出的尘埃组成的。类似的碎片盘存在于太阳和类太阳恒星周围[参见“行星系统的隐藏成员”，作者：戴维·R·阿迪拉；《大众科学》，2004年4月]。
这一发现证实，当类太阳恒星死亡时，遥远的小行星和彗星可以幸存下来。如果小行星和彗星能够幸存下来，那么行星（如果有什么东西更耐用的话）也应该能够幸存下来。随着WD 2262-210冷却，它发出的光会减少，照亮尘埃，遥远的小行星带和彗星带将逐渐消失。但偶尔，它的一个成员可能会游荡到足够靠近白矮星的地方而被撕碎。
小恒星
第三种可能孕育行星的非类太阳恒星是褐矮星。褐矮星与白矮星非常不同，尽管名称相似。它们不是恒星遗骸，而是恒星侏儒。它们的形成方式与恒星相同，但它们的生长受到阻碍，使得它们的质量不足太阳质量的约8%——这是恒星核心变得足够热和稠密以点燃持续核聚变所需的阈值。它们最多只能发出微弱的红外线光芒，因为它们辐射出在形成过程中积累的热量（以及可能短暂的早期聚变时期）。在过去的15年中，天文调查发现了数百颗褐矮星，其中质量最小的褐矮星几乎不比巨行星重多少。
天文学家发现，这些天体，即使是其中最小的天体，也可能拥有圆盘，因此也可能拥有行星[参见“褐矮星起源之谜”，作者：苏班乔伊·莫汉蒂和雷·贾亚瓦德哈纳；《大众科学》，2006年1月]。行星的可能性得到了观测结果的支持，这些观测结果表明，褐矮星圆盘经历了一系列系统性的变化——包括来自硅酸盐的红外发射的突出程度下降——这归因于尘埃颗粒的凝结。相同的变化也发生在较大恒星周围的圆盘中，并预示着行星组成部分的生长。褐矮星圆盘太稀薄，无法形成像木星一样大的行星，但含有足够多的物质来形成天王星或海王星。一些天文学家声称发现了围绕褐矮星形成的行星，但这些说法都不是确凿的。
简而言之，天文学家至少在一颗中子星周围发现了行星；在十几颗以上的白矮星周围发现了小行星和彗星；并在褐矮星周围发现了行星形成的早期阶段的证据。最终，对这些和其他太阳系外系统的研究有两个目标：首先，天文学家希望更多地了解我们自己的太阳系，特别是关于它的演化和大规模结构，这些特征很难从我们有限的时间和空间角度来辨别。我们也希望将我们的太阳系置于其背景之中。它是普通的还是一个离群值？尽管行星系统多种多样，但它们在形成过程中是否遵循一些共同的途径？我们太阳系中小行星的成分与落到白矮星上的物质的成分之间的相似性表明答案是肯定的。
第二个目标是确定生命在宇宙中可能有多么普遍。在我们的银河系邻域中，褐矮星的数量与恒星大致相同。离我们太阳最近的“恒星”可能是尚未被发现的褐矮星吗？离我们太阳系最近的行星可能是围绕褐矮星运行的吗？美国宇航局计划在今年年底发射的广域红外巡天探测卫星（WISE）很可能会发现几颗比最近的已知恒星更近的褐矮星。在褐矮星周围形成类地行星不仅会扩大潜在的栖息地范围，还会导致一个有趣的可能，即最近的地外生命可能会在早晨在一个褐矮星中醒来。
同样，白矮星周围的小行星和彗星的存在不仅提出了行星可以在类太阳恒星死亡后幸存下来的可能性，而且还提出了生命，如果它能够适应不断变化的环境，可能会在这些死亡恒星的环境中坚持下去的可能性。也许，那么，白矮星并非如此令人沮丧的景象。
在黑暗中发光
天文学家通常通过行星对其宿主恒星的速度、位置或亮度的影响来间接探测行星。对于本文讨论的大多数情况，天文学家关注一种类型的间接迹象：围绕恒星运行的尘埃盘的存在。所谓的原行星盘出现在新生的恒星周围，被认为是行星形成的场所。所谓的碎片盘出现在成熟的恒星周围，被认为是由于彗星和小行星的碰撞或蒸发而产生的，因此预示着现在或过去可能存在行星。
观测者通过圆盘如何吸收星光并在红外波长下重新辐射吸收的能量来识别这两种类型的圆盘。美国宇航局于2003年发射的斯皮策太空望远镜已被证明是一台名副其实的圆盘发现机器。其大视场红外相机可以在单张图像中捕获数百颗恒星，并精确定位那些有圆盘证据的恒星以供进一步研究。
斯皮策建立在过去红外望远镜的成功之上，例如1980年代的红外天文卫星（IRAS）任务和1990年代中期的欧洲空间局红外空间天文台（ISO）。与IRAS的全天巡天不同，斯皮策指向特定的天体进行深入研究，其液氦冷却剂五年以上的寿命远远超过了以往任何任务。该望远镜研究了从太阳系外行星到早期宇宙星系的一切事物。
冷却剂现在正在耗尽，望远镜很快将开始从接近绝对零度升温到30开尔文。即便如此，它仍将能够至少在2011年中期之前在红外波段的短波长端运行。接替其工作的是新发射的赫歇尔太空天文台和计划于2013年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）。
注：本文最初印刷时的标题为“不可能的行星”。