天文學家首次見証行星瓦解死亡進程

2010年02月25日09:26  來源:《科學時報》

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  潮汐力和半徑膨脹使星質量向中央恆星流失


  本報訊天文學家發現,一顆太陽系外星WASP-12b由於受到中央恆星引力的影響,以大約每秒60億噸的速率在向中央恆星流失質量。這是天文學家第一次見証一顆行星的瓦解和死亡的進程。這一發現是由一個中外天文學家組成的研究小組完成的,其中主要工作在新成立的北京大學科維理天文與天體物理研究所完成。這一工作將在2月25日出版的Nature雜志上發表。

  15年前,太陽系還是人們所知的唯一一個行星系統。但迄今為止,天文學家已經在其他恆星周圍發現了400多顆行星。由於觀測上的選擇效應,大多數太陽系外行星是更容易被發現的、質量與木星差不多的氣體巨行星。然而,與太陽系裡的木星和土星不同,這些太陽系外行星中的20%是軌道距離中央恆星較近的短周期行星。其中一些行星會在地球與它們的中央恆星之間穿行,並對它們的中央恆星造成掩。通過精確地測量掩時行星所遮擋的中央恆星的光度和掩食時間,天文學家可以測得行星的大小,從而進一步了解行星的內部組成和形成原理。

  行星WASP-12b作為一顆特殊的行星使天文學家感到很疑惑:它的半徑遠遠大於天文學家理論計算所預測到的數值。這顆行星的質量,是太陽系裡質量最大的行星——木星的1.5倍。盡管理論模型預言這顆行星應該具有與木星一樣的大小,但它實際的體積比木星大6倍。因此科學家預言,一定有某種機制使這顆行星有如此膨脹的結構。

  WASP-12b平均一天就圍繞它的中央恆星一周。它與中央恆星的距離是地球與太陽距離的1/44。這麼小的距離使得WASP-12b成為目前所知的被中央恆星加熱強度最大的行星之一,它面向中央恆星那一面的溫度超過2500攝氏度。

  地球與月亮之間的潮汐力引起了地球上一天兩次的潮起潮落。而WASP-12b距離中央恆星非常之近,因而中央恆星施加在WASP-12b上巨大的潮汐力使得這顆行星由球狀變成了接近橄欖球的形狀。

  這顆行星的持續變形在行星內部產生摩擦力,並加熱行星內部。北京大學科維理天文與天體物理研究所所長林潮說:“這是第一次有直接証據証明行星內部加熱——或稱為‘潮汐加熱’——能夠使行星膨脹至目前的大小。”

  北京大學科維理天文與天體物理研究所研究小組的工作表明:行星WASP-12b受到的潮汐力和膨脹的半徑使得這顆行星的質量向中央恆星流失。

  文章的第一作者李抒璘現就職於中國科學院國家天文台,她在北京大學攻讀博士學位期間完成了該研究的主要工作。她說:“WASP-12b以約每秒60億噸的速率向中央恆星流失質量。以這個速率,這顆行星將在一千萬年裡被中央恆星完全吞噬。”

  “一千萬年對人類生命來說是一個很長的時間,但是從星際演化來說,這個時間是相對很短的。這意味著這顆行星的壽命僅為地球目前年齡的1/500。”李抒璘表示。

  從行星WASP-12b流失的質量並不是直接掉入中央恆星,而是形成一個圍繞中央恆星的盤,盤旋著緩慢流入。對WASP-12b軌道運動的深入分析表明,該系統可能還有一顆質量較小的類地行星在擾動該行星的軌道。

  以目前的觀測條件,由行星物質組成的盤,以及該系統中的類地行星均可能被探測到。李抒璘表示,它們的性質能夠進一步揭開WASP-12b的神秘面紗。(鄭金武)

(責任編輯:王太拓(實習))
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