一颗距离地球140光年的星球因与其恒星的近距离而迅速崩解。这颗炙烤的行星正在有效地蒸发:它在围绕恒星快速旋转时,脱落了大量表面矿物质。
麻省理工学院的天文学家发现了一颗距离地球约140光年的行星,它正在迅速崩溃。
这个崩解的世界的质量约与水星相当,尽管它围绕恒星的距离比水星与太阳的距离近约20倍,每30.5小时完成一次轨道。在如此接近恒星的情况下,这颗行星很可能被沸腾的岩浆覆盖,这些岩浆正蒸发到太空中。当这颗炙烤的行星在恒星周围快速旋转时,它正在脱落大量的表面矿物质,实际上是在蒸发。
天文学家通过NASA的过境系外行星勘测卫星(TESS)发现了这颗行星,该任务由麻省理工学院主导,监测离我们最近的恒星,以寻找过境,即可能是运行中系外行星的周期性光线下降信号。提醒天文学家的信号是一个奇特的过境,每个轨道的深度都在波动。
科学家们确认这个信号源自一个紧密轨道的岩质行星,正在拖着一条很长的彗星状碎片尾。
“尾巴的长度非常巨大,延伸至约900万公里,或大约是行星整个轨道的一半,”麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的博士后马克·霍恩(Marc Hon)说道。
显然,这颗行星正在以惊人的速度崩解,每次绕恒星运行时,脱落的物质量相当于一座珠穆朗玛峰。按此速率鉴于其小质量,研究人员预测这颗行星可能在约100万到200万年内完全崩解。
“我们很幸运在它真正将要消失时捕捉到了它,”发现的合作者、同时在TESS科学办公室工作的阿维·斯波尔(Avi Shporer)说。“就像它在最后的呼吸。”
霍恩和斯波尔与他们的同事将在天体物理学期刊快报上发表他们的研究结果。他们的麻省理工学院合作者包括索尔·拉帕波特(Saul Rappaport)、安德鲁·范德堡(Andrew Vanderburg)、杰伦·奥登哈特(Jeroen Audenaert)、威廉·方(William Fong)、杰克·哈维兰(Jack Haviland)、凯瑟琳·黑斯(Katharine Hesse)、丹尼尔·穆图克里斯纳(Daniel Muthukrishna)、格伦·佩蒂帕斯(Glen Petitpas)、艾莉·施梅尔泽(Ellie Schmelzer)、萨拉·西杰(Sara Seager)和乔治·里克(Giorge Ricker),以及来自多家其他机构的合作者。
炙烤而去
这颗被科学家标记为BD+05 4868 Ab的新行星几乎是在偶然中被发现的。
“我们并没有在寻找这种类型的行星,”霍恩说。“我们正在进行典型的行星鉴定,恰好我发现了这个看起来非常不寻常的信号。”
一个围绕系外行星的典型信号表现为光曲线中的短暂下降,这种下降是规律的,表明一个紧凑的物体(如行星)短暂地经过并暂时阻挡来自其主恒星的光。
这种典型模式与霍恩和他的同事从位于飞马座的主恒星BD+05 4868 A检测到的信号不同。虽然每30.5小时出现一个过境,但亮度恢复到正常状态需要更长的时间,表明仍有一个长的尾部结构遮挡着星光。更加引人入胜的是,下降的深度在每个轨道中都发生了变化,表明在恒星前方经过的物体的形状并不总是相同,遮挡光线的量也不同。
“过境的形状典型于有长尾的彗星,”霍恩解释说。“但这个尾巴不太可能包含真实彗星的挥发性气体和冰,因为这些在如此接近主恒星的情况下不会长久存留。然而,蒸发自行星表面的矿物颗粒可以存在足够长的时间,以保留如此独特的尾巴。”
考虑到与恒星的近距离,团队估计这颗行星的温度约为1600摄氏度,或接近3000华氏度。随着恒星炙烤这颗行星,表面的任何矿物质都可能在沸腾并逃逸到太空中,冷却后形成一条长而多尘的尾巴。
这颗行星的戏剧性灭亡是其低质量的结果,介于水星和月球之间。像地球这样更大质量的类地行星具有更强的引力,因此能够保持其大气层。研究人员怀疑,BD+05 4868 Ab的引力非常小,无法将行星维持在一起。
“这是一个非常小的物体,具有非常弱的引力,因此它很容易失去很多质量,这又进一步削弱了它的引力,使其失去更多的质量,”斯波尔解释说。“这是一个失控的过程,对于行星来说只会越来越糟。”
矿物轨迹
截至目前,天文学家发现的近6000颗行星中,只有三颗是崩解的行星,且它们都位于我们的太阳系之外。这些崩解的世界都在10多年前通过NASA的开普勒太空望远镜的数据被发现,所有三颗行星都显示类似的彗星状尾迹。BD+05 4868 Ab是迄今已知的四颗崩解行星中尾巴最长、过境最深的一颗。
“这意味着它的蒸发是最灾难性的,它将比其他行星消失得更快,”霍恩解释说。
这颗行星的主恒星相对较近,因此比其他三颗崩解行星的主恒星更亮,使该系统成为利用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)进行进一步观察的理想选择,这可以通过识别其吸收了哪些颜色的红外光来帮助确定尘埃尾的矿物组成。
今年夏天,霍恩与宾州州立大学的研究生尼古拉斯·图赛(Nicholas Tusay)将领导对BD+05 4868 Ab进行JWST观察。“这将是一个独特的机会,可以直接测量一颗岩质行星的内部成分,这可能会让我们了解太阳系外类地行星的多样性和潜在宜居性,”霍恩说。
研究人员还将通过TESS数据寻找其他崩解世界的迹象。
“有时随食物而来的就是胃口,我们现在正尝试启动对这些对象的搜索,”斯波尔说。“这些是奇特的物体,信号的形状随着时间变化,这对我们来说很难找到。但这是我们正在积极研究的方向。”
这项工作在部分上得到了NASA的支持。