在宇宙中,并非所有的行星都像地球这么幸运,能够绕着自己的宿主恒星公转,获得光芒和热量。科学家的研究表明,宇宙中还有许多的流浪行星,它们没有任何同伴,孤独地在星际空间穿梭。
孤独的流浪者有些科学家认为,仅仅在银河系内,就有数十亿颗流浪行星。但是对于我们来说,想要发现这些行星实在是太难了。在夜空中,金星、木星、火星这些行星是最明亮的几个天体,这是因为它们反射了大量的太阳光。而流浪行星不同,它们距离我们比八大行星远得多,而且也没有宿主恒星照射,所以直接观测到它们几乎是不可能的事情。
因此,在人类已经发现了四千多颗系外行星中,只有那么几颗是流浪行星,而且其中还有一些只是疑似,并未而且很难被确认身份。
即便如此,科学家还是根据已有的知识提出了一些推断,他们认为:我们能观测到的大部分流浪行星都非常巨大,质量在木星2-40倍之间。不过,就在最近,科学家们还真的发现了一颗小型的流浪行星,它的质量大约和地球一样,凭借自己单薄的身躯,流浪在银河系的中心地带。
根据10月29日发表于《天体物理学杂志通讯》的论文,这很可能是迄今为止人类发现的最小的流浪行星。如果真的是这样,那将可以证明一些在很长时间内都悬而未决的理论。
论文的主要作者是来自加州理工学院的博士后Przemek Mroz介绍说:“探测到这样的低质量天体概率非常低,所以要么是我们足够幸运,要么是这些天体在银河系中非常普遍,甚至可能像恒星一样随处可见。”
爱因斯坦的凸透镜那么,连数倍于木星质量的巨大流浪行星都难以观测,为何这一次他们能发现这么小的呢?
实际上,科学家们并不是直接观测到它的,而是间接发现的。他们利用的方法,正是爱因斯坦广义相对论给我们的启示:引力透镜法。
我们上中学的时候就知道,光沿直线传播。但是在天体尺度的引力作用下,空间会发生扭曲,光虽然在自己经过的空间内没有转弯,但是路径却随着空间一起发生了扭曲。因此,如果一个天体运行到某个很亮的大天体和地球之间时,背景天体四周的光会在前景天体的引力扭曲下稍微向地球聚拢,形成凸透镜的效果,并且像凸透镜一样能使背景天体视觉亮度提升,因此这个方法被称为引力透镜法。
通常来说,我们会利用星系尺度的强大引力观测背景星系,这种情况下光线的扭曲比较明显。不过如果仪器足够精密,那么也可以用来观测行星所产生的引力透镜效应,此前科学家已经在拥有宿主恒星的系外行星上取得过一些发现。对于流浪行星来说,虽然它没有宿主恒星的光线可以扭曲,但它在途径其他明亮天体的时候,同样可以产生引力透镜效应,这就是这次能够发现它的重要原因。
难度仍然存在
即便如此,流浪行星的尺寸仍然在很大程度上决定了科学家的观测难度。前景天体越小,导致背景天体光线扭曲的程度也就越小,给我们留下的观测时间也就越短。研究人员介绍,如果流浪行星有几倍的木星质量,那么它产生的引力透镜效应将可以在几天之内都被我们观测到;但是对于地球质量的行星来说,它只能让背景天体的亮度在几个小时甚至更短的时间内增加,然后就会完全恢复。因此,科学家们专称这些为微引力透镜现象。
Mroz指出:“观测到微引力透镜的几率微乎其微,如果我们只盯着一个源天体,恐怕要至少等到100万年才能看到它出现微引力透镜现象。”
最小的流浪行星
因此,他们并没有做这种几乎可以说徒劳无功的守株待兔行为,而是扩大搜索范围,对数亿颗恒星同时进行观测,这就可以大大提升观测到的概率。幸运的是,波兰华沙大学等机构正在进行这样的项目,那就是光学引力透镜实验。从1992年至今,他们已经至少发现了17颗系外行星。
利用这个项目,Mroz和他的团队对银河系中心进行了观测,寻找微引力透镜现象的蛛丝马迹。
终于,在2016年6月,他们捕捉到了迄今为止时间最短的微引力透镜事件,它仅仅持续了42分钟。他们马上意识到,在距离我们27000光年、也就是银河系中心处,发生了不同寻常的事情!
据推测,这个天体的质量大约在0.5-1个地球质量之间,这意味着它是一颗行星,并且极有可能是岩石行星。它的质量难以确定,是因为它和源天体之间的距离目前还无法测量。但不论是理论质量的上限还是下限,都 足以让它当之无愧地成为迄今为止人类发现的最小流浪行星。Mroz自豪地说:这将是人类的行星形成理论上一个“重要的里程碑”。
研究表明,前景天体周围至少8个天文单位(12亿公里)的范围内,没有任何恒星与它有引力作用。据推测,它很可能曾经在一颗恒星周围公转,但是由于不小心运行到了一颗巨行星的旁边,被甩出了自己所在的系统,成为了孤独的行者。
小行星,大秘密
这颗行星的出现,也验证了此前的一些理论。Mroz介绍说:“行星形成理论有过预测,认为大部分流浪行星应该是和地球质量相同或者更小,但这是我们第一次真的发现这样的天体。爱因斯坦的理论让我们能够检测到游荡于银河系中的这么一小块‘石头’,真的是很不可思议。”
而本次研究的参与者之一、华沙大学的Radek Poleski则信心十足地说:像这样的岩石行星,很有可能即将被大量发现。凭借着拥有近30年历史的光学引力透镜实验,以及未来将要发射的NASA南希·罗曼太空望远镜,人类的观测能力将会进一步提升,发现更多更小更暗的天体,解开更多宇宙的秘密。
这些行星,它们在流浪,但是不再孤独。
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