本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
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2007年一次事件中获得的有趣数据暗示,在一个年轻恒星系统中,一颗巨大的行星周围正在形成一颗系外卫星,该星系距离地球420光年。
卫星非常重要。在我们的太阳系中,我们已经发现了176颗天然卫星(甚至小行星也有卫星)。其中一些,如木卫三或土卫六,大小可与水星相媲美。许多卫星都蕴藏着广阔的冰冻水层,也可能拥有内部海洋。调整轨道环境,似乎完全有可能存在具有类地表面环境的卫星——温带的,并且可能像我们科幻幻想中的恩多星或潘多拉星一样葱郁。同样有理由想象,这些卫星可能代表着宇宙中大量的新世界,是我们尚未看到的行星动物群的一部分。
但是,发现系外行星已经很困难了,而发现系外卫星则更加困难。一种方法是挖掘像NASA的开普勒太空望远镜这样的任务的数据库,寻找卫星扰乱行星凌星现象的迹象,即行星从其母恒星前方经过。一颗拥有卫星的行星与其卫星围绕共同的质心运行,同时围绕恒星运行。结果是,行星凌星的时间和持续时间会发生微小的变化,这取决于卫星的特性——例如它们的质量以及与母星的距离。
另一种可能性是通过引力微透镜效应发现系外卫星。事实上,已经有声称在这样的数据中发现了行星和卫星的信号——尽管也许是以自由漂浮的配对形式,不再围绕恒星运行。
拥有卫星的巨行星提供了另一个明显的标志。我们知道像土星或木星这样的行星也拥有环系统,即由非常小的天体和粒子组成的盘状结构,如果母星从恒星前方经过,它们也会产生独特的凌星信号。我们还认为,当这些气体巨行星还年轻时,它们很可能被“类固醇环”——行星周围的物质盘所环绕,这类似于形成行星的星周盘的缩小版。
早在2007年,SuperWASP项目就监测了一颗年轻恒星的光线,这颗恒星只有1600万年的历史,简称J1407。这颗恒星距离我们约420光年,开始显示一系列的食或凌星事件——它的光线变暗和变亮的方式表明有物体从我们的角度在恒星前方移动。这些事件持续了56天——对于行星凌星来说,绝对是一个漫长的时期。
J1407周围发生了什么?
由Mamajek及其同事于2012年进行的首次分析表明,我们目睹了行星伴星周围环系统的影响。现在,由Kenworthy和Mamajek进行的一项新分析,通过更详细地尝试清理、建模和分析数据,改进了这项研究。他们的结论是,一颗大型行星或亚恒星天体,带着大约37个环,确实凌星了J1407。
这种配置规模宏大。这颗行星状天体的质量可能在木星的10到40倍之间——表明它可能是一颗褐矮星。它很可能大约每13年绕这颗年轻恒星运行一次——我们尚未看到下一次凌星。环系统的半径必须约为0.6天文单位(AU)——相比之下,土星环在其大气层上仅延伸了微不足道的0.0009 AU。
但环中的缝隙可能是最引人入胜的特征。其中最深的缝隙可能对应于一个400万公里宽的空旷地带。形成这样一个缝隙的一种方法是让一颗正在形成的系外卫星扫清这个空间——这颗卫星世界的质量可能是地球的80%,需要近2年的时间才能绕其母星运行一周。
那么,是否已经发现了系外卫星?
也许是。对于恒星光线复杂变化持续56天的总体解释很有道理,我们完全期望在这些情况下——在一个年轻的、正在形成的系统中——环系统或行星周围的物质盘应该存在。
问题在于,这颗假定系外卫星的母星似乎处于我们通常认为的行星(质量小于木星质量约13倍的天体,在核心中不可能发生持续的氘聚变)和恒星(质量大于65-80个木星质量)之间的边界地带。换句话说,这个系统——包括质量为太阳质量90%的J1407,以及一个可能的环状褐矮星——可能更适合归类为一种双星系统。这颗系外卫星可能是一颗拥有亚恒星母星的系外行星。
但这种描述也可能相当不公平。人们同样可以将此视为一个奇妙新事物的例子——一种存在于我们仍然狭隘的行星系统视野之外的环境。我们根本没有合适的词语,合适的标签,来形容我们正在发现的一切。这反映了最近关于我们太阳系中行星的(仍然)有争议的定义的辩论。正如经常发生的情况一样,大自然轻易地超越了我们的想象力。