2021年10月28日 11:28
【科學快訊】
來源：原理
在銀河系中，行星無處不在。利用人類可以看到的可見光，目前天文學家已經通過地面和空間望遠鏡發現了4800多顆系外行星。天文學家知道，在銀河系之外的星系環境中，行星也可以形成。然而，探測這些存在於河外星系中的系外行星是很困難的事。
由於每個河外星系所占據的天空面積都非常小，所以我們難以通過望遠鏡來研究那些星系中的單個恒星，更不用說看清圍繞在它們周圍的行星。目前，還沒有任何一顆被探測到的系外行星或候選系外行星是來自河外星系。
不過，一篇於近期發表在《自然·天文》的報道表明，天文學家在分析了XMM-牛頓衛星和錢德拉X射線天文台收集到的數據後，可能首次發現了一顆位於銀河系之外的行星。這顆可能的系外行星位於漩渦星系M51中，距離我們大約2800萬光年。
星系M51，由於其獨特的外形，M51也常被稱為渦狀星系。圖中方框處顯示的為新發現的候選系外行星所在的位置。| 圖片來源：X-ray： NASA/CXC/SAO/R。
DiStefano， et al。； Optical： NASA/ESA/STScI/Grendler
這一新的結果是基於淩星現象得出的。在淩星現象中，一顆行星在經過恒星時，會擋住恒星的一些光，從而在可探測的光變曲線上產生一個下降。利用這種現象，天文學家已經找到了銀河系內的許多行星。
在光學波段，一顆行星在淩星時只能遮擋住恒星的一小部分光，因此導致的光變曲線的下降非常微弱。這樣的情況顯然不適用於探測遙遠星系中的行星。若想要在河外星系中發現系外行星，天文學家需要采用一些不同的探測方法。
在新的發現中，天文學家將目光轉向了X射線望遠鏡收集的觀測數據。在河外星系中，一些被稱為X射線雙星的明亮天體是搜尋行星的理想對象。這些發光系統通常包含一顆中子星或黑洞，它會從鄰近的伴星中吸取物質，下落的物質會被中子星或黑洞的強引力場加速，並被加熱到數百萬度的高溫，從而放出大量明亮的X射線。
由於這些X射線發射區域的橫截面積非常小，幾乎與行星的橫截面積相差無幾，甚至更小，因此當一顆行星從它前面經過時，它的大部分甚至是全部的X射線可能都會被擋住。在這種情況下，X射線甚至可以完全消失。如此一來，這種淩星現象更容易被發現，從而幫助天文學家在更遠的距離上探測到系外行星。
通過使用這種方法，研究人員在位於M51的M51-ULS-1雙星系統中探測到了這顆系外行星。這個雙星系統包含一個黑洞或中子星，它圍繞著一顆質量大約為太陽質量的20倍的伴星運行。觀測到的X射線數據顯示，淩星事件持續了大約三個小時，在此期間X射線發射降低到了零。
天文學家在一個X射線雙星系統中發現了X射線的暫時變暗，在這個系統中，一顆大質量恒星圍繞著一顆中子星或黑洞運行。這種變暗被解釋為一顆行星從中子星或黑洞周圍的X射線源前面經過。| 圖片來源：NASA/CXC/M。
Weiss
基於這些信息以及一些其他信息，研究人員估算出M51-ULS-1中的這顆候選行星的大小應該和土星相似，而它和與之圍繞運行的中子星或黑洞之間的距離，大約是土星到太陽距離的兩倍。
在確認這真的是一顆系外行星之前，研究人員首先必須確保，這個信號不是由其他事件引起的。
X射線的下降是由褐矮星或紅矮星之類的小恒星引起的嗎？研究人員認為，答案是否定的，因為這個系統還太過於年輕，而淩星的天體又太大。
它可能是由氣體和塵埃雲所引起的嗎？研究人員認為，這是一種不太可能的解釋，因為在M51-ULS-1中觀察到的事件特征，與氣體雲和塵埃雲在經過時的特征有所不同。
那這種亮度的下降可以用光源本身的亮度變化來解釋嗎？論文的作者相信情況並非如此，因為盡管天體所發出的光完全消失了幾個小時，但它的溫度和顏色是保持不變的。
研究人員進行了一項計算機模擬，以測試這種下降是否具有行星淩星的特征。通過比對觀測到的X射線數據，他們發現淩星模型與數據完全符合。這使得研究人員非常確信，這很有可能就是我們在銀河系之外找到的第一顆候選行星。
這樣的結果非常令人驚喜，如果在這個X射線雙星系統中真的存在一顆行星，那麼意味著它可能經曆過一段非常動蕩的曆史。系統中的中子星或黑洞是由超新星爆炸而產生的，因此如果這個系統中存在一顆系外行星，那麼它必須能在超新星爆炸中幸存下來。此外，它所面臨的未來也同樣可能是凶險的，在某個時刻，系統中的伴星也可能爆炸成為超新星，讓行星再次沐浴在極高的輻射中。
不過，若要真正證實這是一顆來自銀河系外的系外行星，還需要更多的數據。然而這存在一些難度，因為這顆候選行星有著相對較大的運行軌道，這意味著我們在大約70年的時間內，都無法再次看見它穿過這一雙星系統，這使得在接下來的幾十年裏都無法實現對其進行確認性的觀測。盡管如此，這對於在河外星系中尋探索系外行星，仍是令人興奮的一步。
利用錢德拉和XMM-牛頓衛星的數據，研究人員也在另外三個星系中搜尋了X射線淩星現象。它們的搜尋覆蓋了M51裏的55個系統，M101（風車星系）裏的64個系統，以及M104（草帽星系）裏的119個系統。
接下來，他們將利用錢德拉和XMM-牛頓衛星的數據存檔，在其他星系中找尋更多的系外行星候選。錢德拉的大量數據集至少覆蓋了20個星系，其中包括像M31和M33這樣的星系，它們距離我們比M51更近，因此可以探測到較短的淩星現象。另一個有趣的研究方向是在銀河系中尋找X射線淩星，以此發現更多就存在於我們附近的行星。
#創作團隊：
文：不二北鬥
#參考來源：
#圖片來源：
封面圖：X-ray： NASA/CXC/SAO/R。
DiStefano， et al。； Optical： NASA/ESA/STScI/Grendler
