“三體”那兒又有情況！潛在行星首次暴露？

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(tǒng)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(jù)，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。

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(xiàn)象之一。半人馬座α就是這樣一個系統(tǒng)。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(tǒng)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(chǎn)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(wěn)定，從而被甩出雙星系統(tǒng)。

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。

VLT發(fā)現(xiàn)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(jīng)過減除后，對左圖正方形區(qū)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(xiàn)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(fā)起挑戰(zhàn)。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(shù)據(jù)分析產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(tài)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(tài)行星應該是不支持我們已知的生命形式的。

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(xiàn)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(xiàn)。（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(tǒng)再次進行觀測，卻沒有發(fā)現(xiàn)任何形如 2024 年 8 月發(fā)現(xiàn)的物體。往好的一面考慮，說明這個目標會移動，作為氣態(tài)行星的概率提升了，壞的一面，就是它剛被發(fā)現(xiàn)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。

半人馬座α的光學圖像（左、中）以及經(jīng)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(shù)據(jù)，加上經(jīng)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。

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)