2020年观察到的一次微透镜事件源自一个行星系统，该系统包含了一颗类似于地球的行星和一颗棕矮星。起初，研究人员不确定这颗星的类型，但已确认它是一颗白矮星。这个星系统与我们太阳-地球系统在大约80亿年后的预测未来相似。积极的收获是这颗行星成功度过了其恒星的红巨星阶段，这表明地球可能也会经历类似的命运。不幸的是，目前它仍然不适宜居住。
在距离地球4000光年外的新发现的类似地球的行星为我们提供了对未来亿万年后本星球潜在未来的洞察，即我们的太阳转变为白矮星后，一个荒凉、冰冻的地球将在火星之外的轨道上运行。
这个遥远的行星系统由加利福尼亚大学伯克利分校的天文学家们利用位于夏威夷的凯克10米望远镜发现。它与我们期望的太阳-地球系统非常相似：一颗质量约为太阳一半的白矮星和一颗大小与地球相近的行星，轨道距离是地球目前轨道的两倍。
这一情景可能反映了地球的未来。太阳最终将膨胀成一颗红巨星，超越地球当前的轨道，并吞噬水星和金星。在这种扩张过程中，随着太阳质量的减少，行星可能会转向更远的轨道，可能给地球生存的机会，远离太阳。最终，随着红巨星的外层消散，留下一个白矮星——一个小而密集的残余物，质量可与一颗恒星相媲美。如果地球在这个转变中幸存下来，它将可能位于比现在距离太阳两倍远的轨道上。
这一发现将在《自然天文学》期刊上发表，提供了有关像太阳这样的主序星如何通过红巨星阶段演化为白矮星以及其对周围行星的影响的见解。一些研究表明，太阳可能在大约10亿年后开始这一变化，可能使地球的海洋蒸发并使其轨道半径加倍——假设太阳不会先吞噬我们星球。
大约在80亿年后，太阳的外层将散去，留下一个光亮的白矮星，质量约为太阳的一半，但体积小于地球。
“目前尚未达成共识，关于地球是否能躲过太阳在60亿年后进入红巨星阶段时的吞噬，”该研究的首席研究员、前加州大学伯克利分校的博士生及加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员张克鸣表示。“我们知道的是，地球在大约10亿年后可能因严重的温室效应而变得不可居住，海洋将被蒸发——在太阳成为红巨星之前很久。”
这个独特的行星系统展示了一个行星存活的案例，但它存在于昏暗白矮星的可居住区之外，预计不会有生命。它可能在其恒星更像我们太阳的早期阶段具备适合生命的条件。
“地球在这个红巨星阶段是否能够持续生命是个不确定的问题。不过，最关键的问题是地球在太阳变为红巨星时不要被吞噬，”加州大学伯克利分校天文学副教授和系主任Jessica Lu表示。“张克鸣发现的行星系统展示了一个可能最初轨道与我们相似的地球类行星，它成功度过了其宿主星的红巨星阶段。”
微透镜现象极大地放大了星光
这个位于银河胀球附近的遥远行星系统在2020年引起了天文学家的注意，当它经过一颗更远的恒星时，放大了那颗恒星的光芒1000倍。这个系统的引力就像一种透镜，增强了背景星的光。
观察到这一现象的团队给它起了个绰号KMT-2020-BLG-0414，因为这个事件是由南半球的韩国微透镜望远镜网络检测到的。尽管背景星的亮度增加——虽然也是银河中的一颗星，但距离约为25000光年——仅仅是微弱的亮点，但它在两个月间的亮度波动使研究人员得出结论，该系统由一颗质量约为太阳一半的星体、一颗地球质量的行星和一颗质量约为木星17倍的大行星（可能是一颗棕矮星）组成。这些棕矮星本质上是未能点燃核聚变的失败恒星。
分析还表明，这颗类似地球的行星在离恒星1至2个天文单位之间的轨道上运行——大约是地球与太阳之间距离的两倍。然而，由于光被放大背景星的亮度和一些附近星星所遮蔽，寄宿这颗行星的星星类型仍不明朗。
为了识别这颗星的性质，张克鸣和他的团队，包括加州大学伯克利分校的天文学家Jessica Lu和Joshua Bloom，在2023年使用配备自适应光学以减少大气模糊的凯克二号10米望远镜进行了一项后续研究。随着曾经放大1000倍的背景星现在变暗，他们预计如果透镜星是一颗像我们太阳这样的典型主序星，就能看到它。
然而，张克鸣在使用凯克的两幅不同图像中没有发现它的踪迹。
“我们的结论来源于排除其他情景，因为一颗正常的星星是容易识别的，”张克鸣解释道。“因为透镜星既暗又低质量，我们可以得出它必须是一颗白矮星的结论。”
“有趣的是，这个例子证明了观测不到事物有时比观测到事物更引人注目，”Lu说，正如她在寻找由横行的恒星质量黑洞引起的微透镜事件。
通过微透镜检测系外行星
这一发现是张克鸣项目的一个部分，旨在调查揭示行星存在的微透镜事件，旨在更好地理解系外行星所围绕的恒星类型。
“这其中涉及一些运气，因为预计每十次期望会有一例微透镜事件带有行星时，涉及白矮星的事件少于一例，”张克鸣表示。
新的观测还明确了棕矮星在这个系统中的位置。“最初，我们无法确定棕矮星的轨道是类似于海王星那样的非常宽广的路径，还是在水星的轨道之内。然而，由于我们现在确认它围绕一颗恒星残骸运行，后者的情况似乎不太可能，因为这样一颗大的行星更有可能已被吞噬，”张克鸣解释道，提到了所谓的热木星行星类别，这类行星往往有非常小的轨道。
建模中的模糊性来源于微透镜的退化性，即不同的透镜配置会导致相同的观察效果。这个概念是张克鸣和Bloom在2022年通过对微透镜模拟的AI分析探索的。他还采用相同的AI技术排除了可能被忽视的KMT-2020-BLG-0414的替代模型。
“微透镜已经发展成为探索其他星际系统的迷人手段，这些系统无法通过常规方法，如过境法或径向速度法，来检测，”Bloom指出。“我们开始通过微透镜解锁大量世界，这使得我们在接近发现像这样的奇特配置时，正处于令人激动的时刻。”
NASA即将于2027年发射的南希·格雷斯·罗曼望远镜的一个主要目标是捕捉微透镜事件的光变曲线以寻找系外行星，其中许多可能需要使用其他望远镜进行额外观测，以识别这些系外行星所围绕的恒星。
“仔细的后续工作是必不可少的，需借助尖端设施，比如自适应光学和凯克天文台。这需要持续进行——不仅是在一个日或一个月后，而是要持续多年，待透镜与背景星分离后，允许我们解析观察结果，”Bloom建议。
张克鸣反映说，即使地球在太阳的红巨星扩张中被吞噬，人类可能会在外太阳系中找到避难所。木星周围的欧罗巴、卡利斯托和甘尼美德等卫星，以及近土星的恩克拉多斯，似乎拥有可能在红巨星外层展开时最终融化的冰冻海洋。
“随着太阳膨胀为红巨星，可居住区将向木星和土星轨道移动，将这些卫星转变为潜在的海洋世界，”张克鸣建议。“在这样的情景下，人类可能会迁移到这些地方。”
其他合著者还包括来自中国北京清华大学的Weicheng Zang和Shude Mao，他们参与了有关KMT-2020-BLG-0414的初步论文；前加州大学伯克利分校博士生Kareem El-Badry，目前是加州理工学院的助理教授；来自西雅图华盛顿大学的Eric Agol；来自俄亥俄州立大学的B. Scott Gaudi；来自加州大学圣地亚哥分校的Quinn Konopacky；来自伯克利加州大学的Natalie LeBaron；以及来自马里兰大学大学公园分校的Sean Terry。
