扑克王乐乐距地球 6 光年,围绕红矮星运行的行星有多宜居

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2021-05-27 08:24

5 月 21 日消息,扑克王乐乐红矮星是银河系中最常见、最持久的恒星类型,那么,围绕其运转的行星究竟会有多宜居呢。

在近期的一项研究中,天文学家利用美国国家航空航天局钱德拉 X 射线天文台和哈勃太空望远镜的数据,对一颗邻近红矮星的高能耀斑进行了强度和频率的分析。这颗红矮星名为“巴纳德星”(Barnard’s Star),是距离地球最近的恒星之一,距离地球只有 6 光年。

▲ 这张想象图描绘了一颗像巴纳德星一样的古老红矮星(右),和一个轨道上的岩石行星(左)

巴纳德星是一颗质量较小的红矮星,目前的年龄已有 100 亿年,但仍然十分活跃,对任何围绕其运行的行星的大气层都有潜在的破坏性。美国天文学家爱德华・爱默生・巴纳德于 1916 年发现并测量出这颗恒星的自行运动 —— 天体在天球上对应的横向速度(相对太阳的“横向”移动)—— 为每年 10.3 角秒,是已知相对太阳自行最大的恒星。为了纪念巴纳德的发现,这颗恒星便以他的名字命名。

通过观察巴纳德星,研究人员试图解答一个重要的问题:围绕银河系中最常见恒星运行的行星有多适合居住?巴纳德星是一颗缓慢燃烧燃料的小型恒星,其寿命比太阳这样的中型恒星长得多。据估计,它的年龄大约为 100 亿年,是太阳年龄的两倍。

研究作者以巴纳德星为例,分析了这颗古老红矮星的耀斑如何影响围绕它运行的行星。2019 年 6 月,研究人员在钱德拉 X 射线天文台对巴纳德星的观测结果中发现了一个 X 射线耀斑,此前他们于 2019 年 3 月在哈勃太空望远镜的观测中发现了两个紫外线高能耀斑。这两次观测都持续了 7 个小时,所获得的图像都显示 X 射线或紫外线的亮度下降至零。根据耀斑的长度,以及其他观测结果,研究作者得出结论:巴纳德星大约有 25% 的时间会释放潜在的破坏性耀斑。

▲ X 射线光曲线

研究小组随后分析了这些结果对围绕红矮星(如巴纳德星)运行的适居带岩石行星意味着什么。所谓适居带,是指行星系中适合生命存在的区域,位于该区域内的行星表面可能存在液态水。在恒星不稳定的年轻时期,这些行星早期形成的大气可能会被来自恒星的高能辐射侵蚀掉。但随后,恒星会随着年龄的增长而变得不那么活跃,这些行星的大气层便可能再生。这种再生过程可能来自于固体物质撞击所释放的气体,或是火山过程中释放的气体。

然而,新研究所报道的这种耀斑的猛烈冲击,会在数亿年的时间里反复发生,可能侵蚀可居住带内任何岩石行星上的再生大气。在红矮星耀斑所产生的高能辐射冲击下,岩石行星的大气会受到严重破坏,而这将减少这些星球上出现并维持生命的机会。目前,研究小组试图了解红矮星高能辐射的更多信息,以确定巴纳德星是否可以作为典型。

巴纳德星

巴纳德星位于蛇夫座,是宇宙中第二接近太阳的恒星系统,仅次于半人马座 α 系统。它的质量约为太阳的 17%,直径约为太阳的 1/6,只相当于地球的 20 倍大。

据天文学家估计,巴纳德星的年龄介于 70 亿到 120 年之间,比太阳古老得多,有人甚至认为它可能是银河系中最古老的恒星。从光度的周期变化可知,巴纳德星自转一周需 130 天(太阳只需 25 天)。

尽管距离很近,但作为一颗红矮星,巴纳德星的视星等为 9.5 等,亮度微弱(只有太阳的 1/2600),肉眼无法看到。巴纳德星以每秒约 110 公里的速度接近太阳系,将在公元 11800 年时到达距离太阳 3.85 光年处,成为最接近太阳的恒星,取代比邻星的位置(4.3 光年),届时其亮度将达到 8.5 等。

在 1938 年至 1981 年间,研究者通过摄影观测了巴纳德星的运动,认为其存在 0.02 秒弧度的周期性偏差。这种“扰动”被解释为其具有两个行星级的伴星,轨道周期分别为 13.5 年和 19 年,质量约为木星的三分之二。然而,这一解释并未得到其他观测结果的支持。直到 2018 年,天文学家终于在巴纳德星周围发现了一颗行星,其质量至少是地球的 3.2 倍,距离巴纳德星约 6000 万公里,运行周期为 233 天。由于巴纳德星的低亮度,这颗行星并不在适居带内,其表面的水很可能是冰冻的。

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