天文学家在我们的太阳系之外发现了另一个可能的“外月”

Kepler-1708 bi 似乎是一颗巨大的卫星,围绕距地球数千光年的木星大小的行星运行

然后有两个——也许吧。天文学家说,他们已经找到了太阳系之外的第二个可能的卫星候选者,即系外卫星,它围绕距离地球近 6,000 光年的世界运行。 这颗被称为 Kepler-1708 bi 的月球似乎是一个以气体为主的天体,比海王星略小,围绕着一颗木星大小的行星绕着一颗类太阳恒星运行——这是一种不寻常但并非完全史无前例的行星-月球结构。该发现发表在《自然天文学》上. 确认或驳斥这一结果可能无法立即进行,但鉴于我们银河系及其他地区的卫星数量预期丰富,它可能进一步预示着一个令人兴奋的太阳系外天文学新时代的初步开始——一个关注的不是外星行星,而是自然围绕它们运行的​​卫星以及其中存在生命的可能性。

有超过200颗卫星在我们的太阳系中,它们有一系列令人印象深刻的变化。土星的卫星土卫六在其表面拥有厚厚的大气层和寒冷的碳氢化合物海洋,可能是早期地球的类似物。木星的欧罗巴等冰冷的卫星是隐藏在地下海洋的冰冻球,它们可能是生命出现的主要栖息地。其他的,比如我们自己的月球,显然是贫瘠的荒地,但在它们阴影中的陨石坑和地下运行的迷宫般的隧道网络中可能有水冰。然而,这些世界的一个重要共同特征是它们的存在:我们太阳系的八颗主要行星中有六颗有卫星。逻辑表明,其他地方也应该如此。“月亮很常见,”加州理工学院的杰西·克里斯蒂安森说。“在我们的太阳系中,几乎所有事物都有月亮。

唯一的问题是找到它们。我们可以通过多种方式寻找系外行星,例如监视它们在恒星前方移动时产生的光的倾角,这种现象称为凌日,或者瞥见它们对主星的引力拖拽。然而,寻找比它们环绕的行星明显更小的系外卫星要困难得多。“它们太小了,”克里斯蒂安森说。迄今为止,只发现了一个真正合理的候选者:Kepler-1625 bi,一个假定的海王星大小的世界,围绕距离地球约 8,000 光年的木星大小的系外行星运行,2018 年 10 月报道。但即使是这个更庞然大物的存在随后的分析对世界提出了质疑。

Kepler-1708 b-i 的存在于 2018 年首次被暗示,当时哥伦比亚大学的 David Kipping(Kepler-1625 bi 的发现者之一)及其同事对档案数据进行了检查。该团队分析了来自美国宇航局开普勒太空望远镜的 70 颗所谓“冷巨星”——气态巨行星,如木星和土星,它们的轨道距离恒星相对较远,其运行时间超过 400 个地球日。 该团队寻找围绕这些行星运行的过境系外卫星的迹象,寻找来自任何阴影月球伴星的额外光线。然后研究人员在接下来的几年里杀死了他们的宠儿,一个接一个地审查一个潜在的外卫星候选者,并发现每一个都可以用其他现象更好地解释——只有一个例外:Kepler-1708 bi。“这是我们无法杀死的月球候选者,”基平说。“四年来,我们一直试图证明这件事是假的。它通过了我们能想象到的所有测试。”

相关的较小的、额外的光线下降的幅度表明存在一个大约是地球大小 2.6 倍的卫星。过境方法的性质意味着只能直接收集世界的半径,而不是它们的质量。但这个大小表明某种气体巨行星。“它可能属于’迷你海王星’类别,”基平说,他指的是一种尽管不存在于我们的太阳系中但在其他恒星周围大量存在的世界。这个假定的迷你海王星卫星环绕的行星是木星大小的 Kepler-1708 b,每 737 天绕其恒星运行一周,其距离是地球与太阳之间距离的 1.6 倍。假设候选者是真正的月球,它将每 4.6 个地球日绕地球运行一次,距离超过 740,000 公里——几乎是我们自己的月球绕地球轨道距离的两倍。克里斯蒂安森说,从对 70 颗冷巨星的分析中只有一个候选者出现的事实可能表明,大型气态卫星在宇宙中“并不常见”。

基平说,与它的主行星相比,这个系外卫星的明显大尺寸“令人惊讶”,但并不完全出乎意料:据称之前的系外卫星候选者 Kepler-1625 bi 绕行的行星 Kepler-1625 b 似乎有一个类似的,如果稍大,配置。如果这两个卫星都真的存在,那可能会告诉我们一些关于银河系中可能的行星-卫星配置的非常有趣的事情,即巨大的世界可以拥有同样巨大的卫星。这本身就引发了关于这些世界起源的问题。如此大的卫星不太可能直接在围绕行星的轨道上形成,行星更有可能扫除任何潜在的卫星诞生物质,这表明另一个起源故事的可能性更大。

“一种情况是,当行星系统形成时,这颗卫星被行星捕获,”克里斯蒂安森说。“早期的行星系统是相当暴力、混乱的地方。我们在我们自己的太阳系中看到了捕获的例子:例如,海王星的卫星之一海卫一。我们认为这是被捕获的。所以我们知道这可能会发生,只是我们还没有把它扩大到一个木星大小的行星可以捕获一个海王星大小的卫星的想法。”

然而,并不是每个人都相信这个月球的存在。德国哥廷根马克斯普朗克太阳系研究所的 René Heller 说,他不确定团队看到的凌日信号是由月球造成的。“这并不能说服我,”他说。相反,海勒补充说,光线的下降可能仅仅是恒星自然变化的结果,例如我们在自己的太阳上看到的黑子,与行星凌日同时穿过其表面。基平和他的团队则表示,他们已经排除了这种可能性,因为据推测是由月球引起的下降在行星开始从恒星前面经过之前就已经开始了。

德国海德堡马克斯普朗克天文学研究所的劳拉·克雷德伯格说,她“还不会称之为灌篮”,但结果“绝对值得跟进”,以尝试从所谓的月球上看到另一次凌日。但是,我们将无法立即这样做。基平说,考虑到这颗行星的长轨道,它和它可能的卫星要到 2023 年才会再次过境,这意味着我们必须等到那时才能再次尝试监视系外卫星。如果系外卫星真的存在,那么最近部署的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)将能够几乎立即确认或反驳它的存在。“这对韦伯来说是小菜一碟,”基平说。“它可以在木星周围找到比欧罗巴更小的卫星。这是一个非常强大的望远镜。”

这本身就提出了一个令人兴奋的可能性:JWST 可用于执行某种调查以寻找系外卫星。正如其前身哈勃太空望远镜在系外行星科学方面取得的巨大进步一样,JWST 可能被证明是由其对系外卫星的贡献来定义的。“我的团队现在正在计划对韦伯进行战略性地外卫星调查,”基平说。“这将是人类历史上第一次成为可能。我对未来感到非常兴奋。”

这样做的原因是多方面的。一旦我们开始大量发现系外卫星,我们将开始真正掌握它们的可变性和重要性。例如,来自我们自己月球的潮汐可能在地球的宜居性中发挥了作用,导致了潮汐池中生命的进化。对系外卫星的研究也可以告诉我们更多关于行星形成过程的信息。“如果我们想全面了解行星形成的原理,我们需要了解卫星,”克雷德伯格说。研究它们还有另一个更简单的理由:“月亮很酷。”

外卫星本身也可能代表寻找生命的主要目标。鉴于它们的大小似乎可以从小到地球大小甚至更大,因此可以合理地假设一些岩石系外卫星可能在其恒星的宜居带内围绕气态巨行星运行,那里可以存在液态水。“这是科幻小说可能先于科学事实的案例之一,”克里斯蒂安森说。“你有电影《阿凡达》的例子,一个可居住的月亮围绕着一个气态巨行星。在《星球大战》中,气体巨星周围有可居住的卫星。从技术上讲,你可以在具有来自太阳的平均辐射的气态巨行星周围制造一块岩石,这样它的表面就可以有液态水。”

不过也有并发症。围绕一颗巨大行星的卫星会经历来自那个更大世界的相当大的引力推拉,在极端情况下——比如木星的卫星 Io——会导致强烈的火山活动。木星等气态巨行星的辐射也可能是致命的。并且这样的系统可以具有特殊的特征。“如果你的排列是正确的,你会从你的轮换中得到你的白天和黑夜,但是从地球后面去会有一个额外的昼夜循环,”克里斯蒂安森说。“几乎可以肯定,气态巨行星周围有温度合适的岩石。它们是否适合居住是一个悬而未决的问题,很多人对此感到兴奋。”

Kepler-1708 bi 不是这样的世界,但它是另一个令人兴奋的领跑者,它可能会成为最终的系外科学时代的开始。“我们的长期目标是试图弄清楚宇宙中太阳系外卫星的频率和性质,”基平说。“未来非常光明。”

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