未来空间引力波探测:寻找白矮星双星周围的奇特行星

未来空间引力波探测:寻找白矮星双星周围的奇特行星
2019年08月16日 09:09 新浪科技
艺术示意图,围绕白矮星运行的一颗系外行星,白矮星周围包裹着一个残骸物质构成的盘状物艺术示意图,围绕白矮星运行的一颗系外行星,白矮星周围包裹着一个残骸物质构成的盘状物

  新浪科技讯 北京时间8月16日消息,欧洲正在策划一项未来的空间探测引力波探测任务,这或将帮助科学家们找到科幻小说(电影)《银河系漫游指南》里的那种奇特行星。

  在过去几年间,借助引力波信号,人类已经发现了好几对黑洞的存在,不久之后,人们也许就可以发现那些围绕双白矮星系统运行的行星,白矮星是中等质量恒星在生命终结阶段的状态,一颗从两颗恒星的演化历程中幸存下来的行星,必定是非常非常古老的,在这样的情况下,两颗主序星已然演化成为两颗白矮星,这将需要非常非常久远的时间。

  但是要做到这一点,将需要未来更加先进的探测任务,比如欧洲发展中的“激光干涉空间天线”(LISA)项目。由于引力波探测器相比电磁波探测可以观察到更远的宇宙深处,LISA或许将可以检测到远在银河系之外的行星。

  LISA计划在2030年代发射升空,类似这样的引力波探测器主要用于探测宇宙中致密天体对所产生的引力波信号。这样的双星系统包括双白矮星系统,类似太阳这样大小的恒星在接近死亡时,就将成为一颗白矮星,不再能够产生内部的核聚变反应,它将逐渐冷却和死去。

  这类温度较低的恒星,如果使用光学手段,或者其他电磁波段的探测手段要实现探测难度比较大,而要想探测到它们身边隐匿的行星,则更像是天方夜谭,到目前为止,科学家们只在白矮星周围发现过一颗行星,还是使用的非直接观测手段。

  了解有多少行星可以在白矮星周围幸存下来,对于我们了解行星系统的未来演化历程十分关键,LISA探测器将帮助科学家们做到这一点研究显示,如果这样的行星真的存在,那么LISA应该可以发现数百颗新的系外行星。

  在过去30年里,天文学家们已经探测到超过4000颗系外行星,这其中真正的突破来自NASA发射的“开普勒”空间望远镜,借助“凌星法”,开普勒望远镜识别出大量的系外行星目标。所谓凌星法,就是通过精密测光,发现由于行星在视线方向上,从被观测恒星的前方经过,从而导致恒星亮度出现轻微下降,从而让科学家们反推出行星存在的技术。

  而利用引力波技术对系外行星进行探测,也将是类似的方式。简单说,一对相互绕转的白矮星,其产生的引力波信号,与周围有行星围绕运行的双白矮星系统产生的引力波信号是有差异的,对这样的信号开展研究,将可以粗略估算出隐藏的第三个目标(行星体)的质量大小。

  与此同时,只要距离不太远,电磁波段的探测手段则可以提供一种数据补充,尽管光学波段无法直接观测到行星体。理论上,LISA将可以检测到质量仅有50倍地球大小的系外行星。

  此外,塔马尼尼也指出,单个的白矮星周围如果存在行星,也会产生引力波信号,但这样的信号太弱,并非LISA或者近期其他计划中的探测器可以检测的范围。

  与电磁波段的检测不同,引力波探测器可以穿透迷雾,LISA可以穿越银河系的中心区域,检测到银河系另一侧的信号,甚至是来自周遭其他星系内部的信号,比如大小麦哲伦星云。

  恒星的生命终点

  在未来大约50亿年之后,我们的太阳将会逐渐膨胀成为一颗巨大的红巨星,随后慢慢衰亡,成为一颗白矮星,这一过程中,轨道位于最内侧的水星和金星将会被摧毁,而地球的轨道将贴着这个巨大的膨胀的濒死恒星运行,命运难测,但火星和更加外侧的行星大体上可以确定将是安全的,它们将继续围绕太阳运行。

  除此之外,一个行星系统的死亡将可能意味着另一个新的行星系统的新生。目前的研究显示,一个被摧毁的世界产生的大量碎屑物,比如以太阳系为例,当太阳膨胀时被摧毁的水星和金星的残骸碎屑物,最终将会围绕着恒星死亡后残留下来的白矮星运行。有一种理论认为,此后在这样的情况下,这些碎屑物将会在白矮星轨道上逐渐形成第二代的行星体,而如果这些浴火重生的行星体质量足够巨大,那么它们将可以被LISA和其他未来的引力波信号探测设备检测到。

  当如果向这个系统中再多加入一颗白矮星,那么此时这颗行星的命运就将变得不再那么确定,科学家们至少已经在一个双白矮星系统周围观察到行星体残骸,这至少表明,行星是可以存在于双白矮星周围的轨道上的。

  但直到LISA发射为止,科学家们无法确定围绕双白矮星系统存在行星,到底是少数情况还是常见情况,又或是介于两者之间,但如果这样的情况的确存在,那么LISA的发现将帮助科学家们改进他们关于太阳系的诞生以及死亡的相关模型,我们将会目睹一个此前一直处于未知状态的行星演化阶段,而如果这样的情况不存在,那么这同样将向研究行星系统演化的科学家们传递很多重要信息。

  而如果到时候科学家们果真在双白矮星系统周围发现行星,那么这简直就像是《银河系漫游指南》里面的情节翻版。在这部小说(电影)中,有一个行星叫做Magrathea,它围绕两颗恒星运行,这两颗恒星分别名叫Soulianis 和 Rahm。作者在书中描述这两颗恒星发出的光是白色的,这或许是两颗白矮星。

  引力波或许并非是有关生命,宇宙和万物的终极答案。但最终,它或许将帮助我们找到行星Magrathea。(晨风)

引力波双星
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