說到行星，它們通常都是圍繞太陽這種主序星的天體。對于白矮星、中子星這些恒星殘骸來說，它們會不會有自己的行星系統(tǒng)呢？如果有那這些行星還是先前的那些行星嗎？
2017 年，天文學(xué)家在斯隆巡天的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一顆白矮星。兩年后，研究人員又在其周圍觀察到了一些特殊的發(fā)射線。從發(fā)射線的特征判斷，這里似乎有一個固體信號。排除了伴星和光電不穩(wěn)定性等其他原因后，研究人員認(rèn)為它可能是一顆微行星（SDSS J1228+1040b）。
“微行星”這個概念通常指的是一類被稱為“星子”的小天體。所謂星子，指的是由氣體物質(zhì)逐漸聚集，從而形成的小塊固體物質(zhì)，一般出現(xiàn)在恒星剛誕生時的原行星盤中。這些小星子經(jīng)過不斷地吸積、碰撞，逐漸成長為大星子，直至成為一顆行星。所以星子可以認(rèn)為就是行星的胚胎。
但是對于這顆微行星來說，它顯然不是那種剛誕生于原行星盤的星子，畢竟它的宿主恒星是一顆飽經(jīng)風(fēng)霜已經(jīng)壽終正寢的白矮星。
其實(shí)很多白矮星都有著自己的行星系統(tǒng)，所以對于白矮星吸積周圍小天體的這種情況并不罕見。但是這顆行星有些不一樣的地方。
首先是大小。作為一顆微行星，小它是真的小。我們知道，地球的半徑大約是 6371 公里，而這顆微行星的半徑還不到它的零頭，可能只有幾十公里，幾乎只有地球半徑的 1%。可以說它是迄今為止已發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)的最小的系外行星。
說是行星，嚴(yán)格來說它并不是一個完整的行星，而可能只是行星的內(nèi)核。
因?yàn)槿藗冇^測到這顆微行星的軌道周期非常短，轉(zhuǎn)一圈大概只要 2 個小時，所以它距離白矮星應(yīng)該非常近。果不其然，后來人們測量出它的軌道半徑只有 0.0034 個天文單位，不及水星到太陽距離的 1%。
如此靠近一顆致密星，意味著行星要承受很強(qiáng)的潮汐力。就像《流浪地球》里地球從木星旁經(jīng)過時大氣層被吸走一樣，只是在這里白矮星的引力會更強(qiáng)。
在強(qiáng)大的潮汐作用下不僅是大氣層，就連行星的地殼和地幔部分都可能被徹底剝離，只剩下一個金屬內(nèi)核。即使這樣，這個內(nèi)核也要有足夠內(nèi)部強(qiáng)度或密度才能避免被破壞。
另外，白矮星具有極高的溫度，通?？梢赃_(dá)到上萬度。因此，這顆行星的表面預(yù)計(jì)也有上千度的高溫，看上去沒準(zhǔn)兒就像一個燒得通紅的大鐵球。
單從尺寸上來說，這顆微行星或許是目前發(fā)現(xiàn)的最小的系外行星，但是如果論質(zhì)量的話它還不是最小的。
這是一顆位于室女座距離我們大約 2300 光年的系外行星。它的質(zhì)量已被較為精確地測量出來，大概是 0.02 個地球質(zhì)量，差不多只相當(dāng)于 2 個月球。它就是目前已確認(rèn)的質(zhì)量最小的系外行星 ——PSR B1257+12 b。
看到“PSR”打頭，說明它的母恒星是一顆脈沖星，而這顆行星正是通過脈沖星計(jì)時法發(fā)現(xiàn)的。脈沖星其實(shí)就是一種高度磁化的旋轉(zhuǎn)中的中子星，它的磁極會發(fā)射出很強(qiáng)的電磁輻射束。當(dāng)輻射束的方向掃過地球時，我們就會觀測到相應(yīng)的脈沖波動。由于脈沖星的自轉(zhuǎn)速度幾乎恒定，所以這種脈動具有極其規(guī)律的特征。天文學(xué)家正是通過對這種規(guī)律脈沖的精確測量來判斷它周圍是否有行星存在的。
對于脈沖星周圍存在行星，這個發(fā)現(xiàn)早先是出乎科學(xué)家預(yù)料的。白矮星有行星還說得過去，畢竟人家的死亡過程相對溫和。但是中子星可是經(jīng)歷過超新星爆發(fā)的，這種爆炸是如此劇烈，釋放的能量相當(dāng)于我們的太陽一生中釋放的能量總和，以至于爆炸時的亮度可以照亮其所在的整個星系。
爆炸過程中恒星會將大部分物質(zhì)以接近 1/10 光速的速度向外拋灑，并向周圍產(chǎn)生激波。所以理論上來說，如果恒星周圍有行星的話，它應(yīng)該早就灰飛煙滅了才對。就算沒被徹底摧毀，那也不知道被崩哪兒去了。但是后來人們發(fā)現(xiàn)這里竟然存在著“幸存者”，這著實(shí)讓人大跌眼鏡。
那這些“幸存者”究竟是如何躲過超新星爆發(fā)的呢？
其實(shí)這些所謂的“幸存者”可能根本不是幸存下來的。無論是什么樣的行星，在超新星爆發(fā)面前那都是螳臂當(dāng)車。別說是行星，就是作為伴星的其他恒星，在面對這樣一個同伴時都要畏懼三分。
除非這顆行星圍繞的是一個雙星。所謂“天塌下來有高個兒頂著”，有了另一個恒星來吸收傷害，行星能夠幸存的概率就大大增加了。
不過今天要說的這個脈沖星行星還不一樣。2013 年，一篇發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月刊》上的文章中，研究人員對該脈沖星進(jìn)行了長達(dá)兩年的觀測，并推斷它周圍的行星應(yīng)該是新形成于原行星盤。注意：這里的原行星盤并不是脈沖星前身那顆恒星剛形成時的原行星盤，而是超新星爆發(fā)后脈沖星自己的原行星盤。
研究人員推測，和大多數(shù)脈沖星一樣，這顆脈沖星原本也是在一個雙星系統(tǒng)中。它旁邊本來有一顆大質(zhì)量伴星，隨著伴星的物質(zhì)慢慢被脈沖星吸走，脈沖星周圍逐漸形成了一個吸積盤。
后來這顆伴星也走到了生命的盡頭，隨之而來的便是另一次的超新星爆發(fā)。但這次的爆炸沖擊對先前的脈沖星并沒有造成破壞性影響，相反，它為脈沖星提供了大量的新食物。隨著吸積盤的不斷演化變大，于是原行星盤誕生了。之后在某種擾動下，星子開始在這里形成，于是屬于脈沖星自己的行星誕生了。
這是關(guān)于脈沖星行星起源的其中一種解釋。除了這種情況外，脈沖星行星的起源還有另外兩種可能。
第一種很好理解，就是脈沖星靠自身引力捕獲了一顆從它旁邊經(jīng)過的天體，使其成了它的行星。這個就和有些行星通過捕獲小天體成為其衛(wèi)星一樣。
而另一種情況就讓人有點(diǎn)詫異了：這顆行星的前身或許就是那個伴星自己。伴星先是在同伴的超新星爆發(fā)后幸存了下來，隨后自己膨脹成紅巨星，最后成為一顆白矮星。在脈沖星同伴超強(qiáng)的引力作用下，白矮星外層的氫和氦全部被吸走，只剩下了一個孤零零的碳結(jié)晶核心，這個核心便成了脈沖星的一顆行星。系外行星 PSR J1719?1438 b 就是這樣一個例子，感興趣的話以后咱們再專門來說。
這些依附于脈沖星的行星，它們會是什么樣的環(huán)境？生命在上面有沒有生存的可能性呢？或者說，對于那些致密星來說，宜居帶的概念還存在嗎？
首先，目前已經(jīng)知道對于表面溫度低于 10000 度的那些白矮星來說，它的宜居帶范圍大約位于 0.005~0.02 個天文單位，差不多也就是 2~8 個地月距離的范圍。畢竟白矮星的個頭太小了，從溫度來說宜居帶當(dāng)然非常近。
不過這些行星的表面溫度主要來源于白矮星在近紅外、可見光和紫外線波段的輻射，但是中子星（尤其是脈沖星）包括其吸積過程會產(chǎn)生大量的高能 X 射線甚至是伽瑪射線，那些波長相對較長的輻射幾乎沒有，因此需要考慮不同的機(jī)制，情況比較復(fù)雜。
2017 年，一篇發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上的文章中，研究人員針對中子星和行星大氣的輻射情況進(jìn)行了分析。
行星的大氣在 X 射線照射下會產(chǎn)生大量熱量，從而導(dǎo)致行星大氣被蒸發(fā)。對于地球這樣的巖質(zhì)行星來說大氣會相對稀薄，很容易就蒸發(fā)殆盡，所以宜居時機(jī)非常短。而對于大氣濃密的超級地球尤其是氣態(tài)行星來說，它的宜居時機(jī)理論上會長的多。也就是對脈沖星來說，它可能并沒有固定的宜居帶，宜居性和具體行星的特征關(guān)系更大。
在今天說的這顆脈沖星周圍，研究人員目前發(fā)現(xiàn)了三顆行星。除了剛才說的那個 0.02 倍地球質(zhì)量的，還有兩個 3.4 倍和 4.3 倍的超級地球。對于這兩個超級地球來說，只要它們的大氣占比足夠高，即使穿透力最強(qiáng)的伽瑪射線可能也無法到達(dá)行星表面。
如果再考慮到磁場，行星的宜居時期就更長了，甚至可以達(dá)到數(shù)十億年。要知道，從地球誕生到出現(xiàn)生命只用了 10 億年左右時間，這意味著在脈沖星行星上誕生生命也不是完全沒有可能。只是大氣層太厚的話，下面的壓強(qiáng)會非常大，以至于在固態(tài)表面之上可能是海量的液態(tài)或超流體物質(zhì)。所以如果那里有生命的話，沒準(zhǔn)兒也是類似地球上的深海物種吧。
參考鏈接：
http://exoplanet.eu/catalog/psr_1257_12_b/
https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_smallest_exoplanets
https://en.wikipedia.org/wiki/SDSS_J1228%2B1040_b
https://en.wikipedia.org/wiki/PSR_B1257%2B12_A
https://arxiv.org/abs/1904.02163
https://arxiv.org/abs/2101.08033
https://physicsworld.com/a/astronomers-find-smallest-exoplanet/
https://academic.oup.com/mnras/article/433/1/162/1029800
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2017/12/aa31102-17/aa31102-17.html
本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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