一顆行星如何逃過紅巨星吞噬？

在死亡恒星附近的行星

大約50億年后，太陽核心中的氫燃料將會耗盡，并膨脹成一顆紅巨星，體積比現在大100多倍。在此過程中，它將吞沒水星、金星，甚至可能吞沒地球。隨后，太陽會拋掉外層物質，只留下一個熾熱而致密的核心，也就是白矮星。

事實上，太陽的結局并不特殊。包括太陽在內的大多數恒星，終有一天都會經歷類似的晚年演化：先膨脹成紅巨星，隨后留下白矮星遺跡。近年來，天文學家已經發現了幾顆圍繞白矮星運行的行星候選。這意味著，行星并不一定會在恒星晚年的劇烈演化中被吞噬或摧毀；有些行星可能完整地熬過這一過程，繼續圍繞恒星殘骸運行。

2020年，天文學家利用凌星系外行星巡天衛星（TESS）和斯皮策空間望遠鏡（SST），發現了一顆氣態巨行星WD 1856 b。它正圍繞距離地球約80光年的白矮星WD 1856+534運行。這是天文學家所知道的最奇特的行星系統之一：因為通常來說，大多數行星都小于它們所繞行的恒星，但WD 1856 b的半徑卻約為WD 1856+534的8倍，而且它的軌道極其靠近白矮星，每1.4天就完成一次公轉。

自首次發現以來，天文學家就困惑于它究竟是如何在恒星劇烈的死亡過程中幸存下來的。如今，天文學家首次利用韋布空間望遠鏡（JWST）測量了這顆行星的大氣、質量和溫度。新的觀測結果或許終于可以解釋為何這顆行星能夠不可思議地逃過毀滅。研究結果已經發表于近期的《自然》雜志上。

不可能的軌道

關于WD 1856 b究竟是如何來到今天這個位置的，目前有兩種理論：一種觀點認為，這顆行星在主星死亡過程中曾被吞沒但奇跡般幸存下來；另一種觀點認為，它的軌道遷移是由系統中其他天體的引力作用造成的。這顆白矮星是一個三星系統的一部分，外圍的伴星可能影響了WD 1856 b的軌道。

為了檢驗這些可能性，研究團隊利用JWST捕捉了WD 1856 b從其恒星前方經過的過程，即所謂的“掠凌”：行星最外側的上緣與恒星發生部分重疊。這次凌星為研究人員提供了關于這顆行星質量和溫度的獨特信息，并估計其質量約為木星的4到11倍。與此同時，恒星光穿過行星大氣時，也攜帶了關于其大氣化學組成的信息。

在凌星過程中，來自白矮星的光被部分遮擋，但紅外光被遮擋的程度小于其他波長的光。這一差異來自行星自身熱量所發出的紅外輻射。數據顯示，這顆行星的溫度約為400開爾文，也就是126攝氏度。這一溫度比預期的要熱得多——如果它唯一的熱源是白矮星發出的光，那么它的溫度應當低約240度。

不過，這一令人困惑的發現，成為判斷這顆行星如何抵達當前軌道的關鍵線索。研究人員意識到，如今這個系統中并不存在足以產生這些熱量的能量來源，因此，這些熱量必定是早期某次加熱事件遺留下來的余熱。當時，這顆行星可能曾被紅巨星吞沒，也可能是在向內遷移的過程中被加熱。

研究團隊利用巨行星隨時間冷卻的模型，并結合JWST提供的行星質量和當前溫度數據，得以將其溫度變化向過去回推，并推斷出加熱事件大約發生在多久以前。他們的結論是：這次加熱最可能發生在恒星變成白矮星后的30億到55億年之間。在這種情景下，WD? 1856 ?b最初可能位于一條較遠的安全軌道上繞其宿主星運行，因而才能在宿主星經歷破壞性的紅巨星階段時能得以保持安全；在其宿主星死亡數十億年后，它才逐漸遷移到如今的位置。

在這顆行星向內遷移的過程中，它與白矮星強大引力之間的相互作用，使它顯著升溫。從那以后，它便一直在冷卻。

死亡并非終點

除了推斷這顆行星最可能如何幸存下來之外，透射光譜還揭示了其大氣中存在某些分子的跡象。他們捕捉到了小云顆粒和碳氫化合物的典型信號，其中碳氫化合物最可能是甲烷。這是天文學家首次分析了一顆繞白矮星運行的行星的大氣。

JWST在系外行星WD 1856 b凌掠其宿主星時，測量了其大氣成分，并發現甲烷跡象。（圖/NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)）

此后，研究人員又用JWST觀測了WD 1856 b的另外四次凌星，以便更深入地研究它的大氣化學組成。

這個行星系統為太陽系的遙遠命運提供了一個預演。它表明，太陽系并不會在太陽死亡時就畫上句號，而可能在此后的數十億年里繼續演化。

研究人員表示，這只是天文學家利用JWST探索圍繞死亡恒星運行的行星的開始，尋找更多圍繞白矮星運行的行星仍在繼續。這些新的結果表明，恒星死亡并不是終點——有些行星會在其恒星死亡后，迎來一個充滿活力的未來。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10514-7

https://www.eurekalert.org/news-releases/1133541

https://www.eurekalert.org/news-releases/1133896

https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-studies-how-planet-survived-death-of-its-star/

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_studies_how_a_planet_survived_the_death_of_its_star

#圖片來源：

封面圖&首圖：NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)