半人馬座α星(Alpha Centauri)是南半球夜空中最亮的恒星之一,中國人祖先稱其為南門二。被科幻迷津津樂道的“三體人”老家在比鄰星——離太陽最近的恒星——事實上是半人馬座α系統最小最暗的一顆伴星。讓人意外的是,詹姆斯·韋布空間望遠鏡(JWST)近期提供了一份強有力的證據,表明不僅僅比鄰星擁有行星,就連半人馬座α星也有一顆行星。
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半人馬座α(南門二)在天空中的位置(來源:Y. Beletsky (LCO)/ESO)
三個恒星相互繞轉,形成復雜的引力關系,這就是天文學上所說的“三體問題”,是宇宙中最平常不過的現象之一。半人馬座α就是這樣一個系統。其最主要的是一顆略大于太陽的G型主序星半人馬座αA和一顆略小于太陽的K型主序星半人馬座αB,它們沿著一條橢圓軌道相互繞轉,最近時約 11.2 天文單位(相當于土星至太陽的距離),最遠時約 35.6 天文單位(相當于冥王星至太陽的距離)。這對兩顆恒星而言,是個很近的距離了。而比鄰星,雖然也是該系統的成員,卻遠離A、B兩星多達 13000 個天文單位。因此,科學家認為在比鄰星旁存在行星是比較好理解的,而在距離很近的雙星中就算產生一顆行星,也有可能因為雙星之間距離變化導致引力不穩定,從而被甩出雙星系統。
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半人馬座αA(白點)與半人馬座αB(黃點)的實際軌道(大橢圓)與視運動軌跡(小橢圓)(來源:Wikipedia)
關于半人馬座 αA有一顆行星的猜測始于 2021 年。當時歐南臺甚大望遠鏡(VLT)觀測到一個可疑目標,推測距離半人馬座 αA約 1.1 天文單位,公轉周期約 1 年,質量介于海王星至土星的一半之間,被暫時命名為C1。2023 年 7 月,詹姆斯·韋布望遠鏡第一次對準目標尋找可惜沒有成功。
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VLT發現疑似半人馬座αA的行星C1。左圖為未作減除的圖像。右圖為經過減除后,對左圖正方形區域放大后圖像,實線圓圈中為疑似行星,虛線圓圈為可能的宜居帶內緣位置。(來源:Wagner, K et al. 2021)
現在, 天文學家 借助詹姆斯·韋布望遠鏡的中紅外相機 (MIRI)以及計算機的輔助,再次發起挑戰。2024 年 8 月,首先使用 MIRI 上的星冕儀將半人馬座 αA 的光線擋住。雖然一旁的半人馬座 αB仍然十分明亮,對觀測效果和數據分析產生巨大干擾,但通過合適的計算機算法,研究人員能成功減去兩顆恒星的光線,從而發現一個比半人馬座 αA 暗 10,000 多倍的物體。從亮度和個頭上看應該是顆氣態行星,質量或接近土星。它與恒星的距離大約是 2 個天文單位,這意味著它很可能在宜居帶內。但是氣態行星應該是不支持我們已知的生命形式的。
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JWST的中紅外相機拍攝的半人馬座α的影像。左圖為直接成像,呈現出JWST所特有的六邊形光學衍射線光芒。中圖為使用星冕儀后拍攝的圖像。右圖為減除已知信息后留下的圖像,一個形似行星的微弱光源得以呈現。(來源:NASA, ESA, CSA, STScI, A. Sanghi (Caltech), C. Beichman (NExScI, NASA/JPL-Caltech), D. Mawet (Caltech); Image Processing: J. DePasquale (STScI))
2025 年 2 月和 2025 年 4 月,研究團隊對半人馬座 α系統再次進行觀測,卻沒有發現任何形如 2024 年 8 月發現的物體。往好的一面考慮,說明這個目標會移動,作為氣態行星的概率提升了,壞的一面,就是它剛被發現就成為丟失的行星。不過,研究人員顯得很淡定,認為這并不奇怪,因為他們模擬了上百萬種這顆行星可能的軌道,而其中一半的軌道顯示出 2025 年 2 月和 4 月行星確實距離恒星過近了,很難被觀測到。
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半人馬座α的光學圖像(左、中)以及經過減除已知信息后的紅外圖像(來源:NASA, ESA, CSA, STScI, DSS, A. Sanghi (Caltech), C. Beichman (NExScI, NASA/JPL-Caltech), D. Mawet (Caltech); Image Processing: J. DePasquale (STScI))
有了 VLT 的歷史數據,加上經過精心策劃的 JWST 的幾輪觀測,以及大量計算機建模,目前可以說 JWST 圖像中的源很可能是顆行星,基本排除了背景天體(如星系)、前景天體(如小行星)、其他探測器或圖像鬼影。 如果這顆行星得到證實,那么它將成為距離地球最近的在類太陽恒星宜居帶內運行的行星,即便它看起來并不適合生命。
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半人馬座αA候選系外行星的藝術想象畫。圖中左上角的恒星為半人馬座αA,右上角的恒星為半人馬座αB,中間偏左的亮星是我們的太陽。(來源:NASA, ESA, CSA, STScI, R. Hurt (Caltech/IPAC))
參考資料:
[1] https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-finds-new-evidence-for-planet-around-closest-solar-twin/
[2 ]Aniket Sanghi et al.Worlds Next Door: A Candidate Giant Planet Imaged in the Habitable Zone of α Cen A. II. Binary Star Modeling, Planet and Exozodi Search, and Sensitivity Analysis (doi: 10.3847/2041-8213/adf53e)
[3] K Wagner et al. Imaging low-mass planets within the habitable zone of α Centauri (doi: 10.1038/s41467-021-21176-6)
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