从红巨星到白矮星，行星何去何从？
太阳系未来：第一颗绕白矮星的行星
太阳系的未来：中心为黯淡的白光，巨大的球体与不规则岩石环绕中心在最显著的位置运转。
（图解：艺术家的概念图展示了在一颗白矮星周围环绕着许多碎片和一颗气态巨行星。这是对未来太阳系的一瞥。图源：W。M。Keck天文台/Adam Makarenko）
科学家发现证据表明太阳系的部分行星能够在太阳死亡后幸存下来。2021年10月13日，科学家宣布发现了6500光年外一个朝向银河系中心的恒星体系，那里有一颗曾像太阳一样的恒星，但它现在变成了致密的白矮星。一颗气态巨行星仍在绕这颗恒星周转，其体积与周转运动与太阳系的大行星木星类似。这证明当太阳膨胀为红巨星及进入白矮星演化阶段之前，（至少还有）木星将能存活下来。那颗新近发现的木星大小的行星目前仍绕着其恒星的冷却残余周转。也因此，我们第一次得以窥见50亿年后太阳系的未来。
（图解：超新星，恒星演化末期的一种爆炸。图源：NASA）
天文学家在10月13日于同行评审期刊《自然》上发表了他们的研究成果。
天文学家在位于夏威夷的凯克天文台（W。M。Keck Observatory）完成了研究工作。论文第一作者、来自塔斯马尼亚大学的约书亚·布莱克曼（Joshua Blackman）说：
“这一发现证实了以足够远的距离绕恒星周转的行星可以在恒星死亡后幸存。鉴于该体系与太阳系十分类似，它的现状表明，当太阳的核能耗尽、自我毁灭进入红巨星阶段时，木星与土星或许能够留存下来。”
（图解：艺术家创作的红超巨星概念图。该阶段在超新星爆炸之前。图源：W。M。Keck 天文台/ Adam Makarenko）
太阳系的未来：外行星与内行星
科学家一直很好奇外行星能否在恒星膨胀的红巨星阶段幸免于难并长期留在恒星周围。如今证据显示这是有可能的。但是地球挺过那一阶段的希望却十分渺茫。科学家预计，太阳扩张为红巨星时将吞噬水星、金星甚至地球。所以，为了最终存活下去，人类需要布置撤离计划。来自马里兰大学和NASA戈达德太空飞行中心的论文合著者大卫·班尼特（David Bennett）表示：
“地球距离太阳要近得多，未来可能不容乐观。假设人类想在太阳进入红超巨星阶段并炸毁地球之前搬到木星或土星的某个卫星，我们就还会留在绕日轨道上，尽管届时太阳将成为白矮星，我们可能无法再长期依赖太阳热能。”
（图解：艺术家关于行星地壳碎片在白矮星周围蒸发的概念图。图源：华威大学/Mark Garlick）
发现白矮星及其行星
太阳是主序星。主序星是一般的恒星，随着其年龄增长，它们的氢不断燃烧，并逐渐扩张为红巨星。红巨星阶段的太阳可能生吞地球，取决于太阳向内坍缩并膨胀超出它的最外层之前变大了多少。随后，太阳爆炸剩余的部分成为冷却的白矮星。白矮星本质上是死亡的恒星。
白矮星体积与地球相当，质量却有太阳的一半。由于体积小、温度低，白矮星昏暗难测。凯克望远镜通过高分辨率近红外成像捕捉、借由引力微透镜效应发现了这对白矮星及其行星。引力微透镜效应是指近处的恒星与远处的恒星对齐时，近处恒星像透镜一样放大远处恒星光线的现象。
（图解：左图：透镜系统的俯视图。从光源（顶部）发出的光沿着被透镜的引力场偏转的轨迹到达底部的观察者。从观察者角度看，光源的明显位置在虚线箭头的方向上，比真正的光源距离透镜更远。右图：透镜系统在天上的情形，假设镜头围绕视线圆柱对称。光源的每个点都径向向外移动。这会使在没有透镜成切线弧的情况下观察到的源图像失真。图解：sciencedirect）
科学家注意到被“透镜”放大的恒星发出的光产生了扭曲，正是这一点引领人们发现了那颗系外行星。其绕行的白矮星重量约为太阳的60％，其自身重量大约比木星还大40％。由于它较为昏暗，科学家认为其光芒不可能来自主序星或褐矮星。来自塔斯马尼亚大学的论文合著者珍·菲利普·比尤利（Jean-Philippe Beaulieu）解释道：
“我们也排除了它是中子星或黑洞的可能。这意味着这颗行星绕行的是一颗死星，即白矮星。它呈现了太阳灾难性死亡后伴随地球消失，太阳系可能产生的景象。”
（图解：艺术家创作的Kepler-186f概念图。Kepler-186f是在其恒星宜居带发现的第一颗地球大小的岩石行星。在白矮星中发现了与地球及火星成分相似的行星蒸发残骸，这进一步表明这样的体系在银河系中很常见。图源：NASA/SETI研究所/JPL-加州理工）
未来研究
科学家将利用这些新的数据探索这样的白矮星周围还有多少行星幸存。预计于近十年中期发射的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜（The Nancy Grace Roman Telescope）将能够调查远至星系核球的绕白矮星周转行星。凯克天文台的约翰·奥马拉（John O’Meara）总结道：
“这一结果非常激动人心。在今日，能在罗曼望远镜使命将始之际，看到凯克天文台未来可能广泛开展的研究，真的非常棒。”
（图解：罗曼望远镜将进行高纬度广域调查，如图中蓝色区域所示，调查范围为哈勃望远镜的1000多倍，罗曼将探索的空间领域将远超大多数此前研究宇宙加速膨胀的望远镜。图源：NASA戈达德太空飞行中心）
最重要的信息：科学家发现一颗气态巨行星绕白矮星周转，由此窥探到太阳系的未来。某一天太阳将扩张为红巨星，随后坍缩为白矮星，并以白矮星的形态过完其后的岁月。
BY: 凯莉·凯泽·惠特（Kelly Kizer Whitt）
FY:盛酒酿丸子的碗
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://earthsky.org/space/solar-systems-future-1st-planet-white-dwarf/
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全文排版：天文在线(零度星系)