天文学家可能在银河系外发现了一颗行星

系外行星被定义为太阳系之外的行星。到目前为止,天文学家已经在银河系中发现了所有其他已知的系外行星和系外行星候选者,几乎所有这些系外行星都距离地球不到 3,000 光年。M51 中的一颗系外行星距离我们大约 2800 万光年,这意味着它比银河系中的系外行星要远数千倍。

天文学家可能在银河系外发现了一颗行星

漩涡星系(库存图片)。图片来源:© Equatore / stock.adobe.com

可能是第一次探测到行星在银河系外穿过恒星的迹象。这个有趣的结果,使用美国宇航局的钱德拉 X 射线天文台,打开了一个新的窗口,可以在比以往更远的距离搜索系外行星。

可能的系外行星候选者位于旋涡星系梅西耶 51 (M51) 中,因其独特的轮廓也被称为漩涡星系。

系外行星被定义为太阳系之外的行星。到目前为止,天文学家已经在银河系中发现了所有其他已知的系外行星和系外行星候选者,几乎所有这些系外行星都距离地球不到 3,000 光年。M51 中的一颗系外行星距离我们大约 2800 万光年,这意味着它比银河系中的系外行星要远数千倍。

天体物理学中心的 Rosanne Di Stefano 说:“我们正试图通过在 X 射线波长上寻找行星候选者来开辟一个全新的领域来寻找其他世界,这种策略使得在其他星系中发现它们成为可能。” 马萨诸塞州剑桥市的哈佛和史密森尼 (CfA) 领导了这项研究,该研究发表在《自然天文学》上。

这一新结果是基于凌日现象,在这种事件中,一颗行星经过一颗恒星前会阻挡一些恒星的光线并产生一个特征性的倾角。使用地面和太空望远镜的天文学家——就像美国宇航局开普勒和苔丝任务中的那些望远镜——已经搜索了人类可以看到的光学光和电磁辐射的下降,从而发现了数千颗行星。

Di Stefano 及其同事转而寻找从 X 射线明亮双星接收到的 X 射线亮度的下降。这些发光系统通常包含一颗中子星或黑洞,它从靠近轨道的伴星中吸入气体。中子星或黑洞附近的物质变得过热并在 X 射线中发光。

由于产生明亮 X 射线的区域很小,从它前面经过的行星可以阻挡大部分或全部 X 射线,由于 X 射线可以完全消失,因此更容易发现凌日。与目前的光传输研究相比,这可以让系外行星在更远的距离被探测到,光传输研究必须能够探测到光的微小减少,因为行星只阻挡了恒星的一小部分。

该团队使用这种方法来检测位于 M51 的名为 M51-ULS-1 的双星系统中的系外行星候选者。这个双星系统包含一个黑洞或中子星,它围绕一颗质量约为太阳 20 倍的伴星运行。他们使用钱德拉数据发现的 X 射线凌日持续了大约三个小时,在此期间 X 射线发射减少到零。根据这些信息和其他信息,研究人员估计 M51-ULS-1 中的系外行星候选者将大致与土星一样大,并且围绕中子星或黑洞运行,其轨道距离约为土星与太阳距离的两倍。

虽然这是一项诱人的研究,但需要更多的数据来验证作为河外系外行星的解释。一个挑战是,这颗行星候选者的大轨道意味着它在大约 70 年内不会再次穿过它的双星伙伴,这阻碍了几十年来任何确认观测的尝试。

加州大学圣克鲁斯分校的合著者 Nia Imara 说:“不幸的是,要确认我们看到的是一颗行星,我们可能需要等待几十年才能看到另一次凌日。” “而且由于轨道需要多长时间的不确定性,我们不知道确切的时间。”

变暗是否是由在 X 射线源前面经过的气体和尘埃云引起的?研究人员认为这是一个不太可能的解释,因为在 M51-ULS-1 中观察到的事件的特征与这种云的通过不一致。然而,行星候选者的模型与数据一致。

新泽西州普林斯顿大学的合著者朱莉娅·伯恩特森 (Julia Berndtsson) 说:“我们知道我们正在做出一个令人兴奋和大胆的声明,因此我们希望其他天文学家会非常仔细地看待它。” “我们认为我们有一个强有力的论据,这个过程就是科学的运作方式。”

如果这个系统中存在一颗行星,它很可能有一段动荡的历史和暴力的过去。系统中的一颗系外行星将不得不在产生中子星或黑洞的超新星爆炸中幸存下来。未来也可能是危险的。在某些时候,伴星也可能爆炸为超新星,并以极高的辐射水平再次炸毁这颗行星。

Di Stefano 和她的同事使用钱德拉和欧洲航天局的 XMM-牛顿在银河系以外的三个星系中寻找 X 射线凌日。他们的搜索涵盖了 M51 中的 55 个系统、Messier 101(“风车”星系)中的 64 个系统和 Messier 104(“草帽”星系)中的 119 个系统,从而产生了此处描述的单个系外行星候选者。

作者将在钱德拉和 XMM-牛顿的档案中搜索其他星系中更多的系外行星候选者。至少有 20 个星系的大量钱德拉数据集可用,包括一些比 M51 更近的 M31 和 M33,允许检测到更短的凌日。另一个有趣的研究方向是在银河系 X 射线源中搜索 X 射线凌日,以在不寻常的环境中发现新的附近行星。

这篇自然天文学论文的其他作者是 Ryan Urquhart(密歇根州立大学)、Roberto Soria(中国科学院大学)、Vinay Kashap(CfA)和 Theron Carmichael(CfA)。美国宇航局的马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉 X 射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。


故事来源:

材料哈佛和史密森尼天体物理中心提供。注意:内容可以根据样式和长度进行编辑。


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期刊参考

  1. Rosanne Di Stefano、Julia Berndtsson、Ryan Urquhart、Roberto Soria、Vinay L. Kashyap、Theron W. Carmichael、Nia Imara。通过 X 射线传输探测到的外部星系中可能的行星候选者自然天文学,2021;DOI:10.1038/s41550-021-01495-w

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