发现白矮星正在蚕食附近一颗冰冻行星的大气层

有一天，我们的太阳会膨胀成一颗红巨星，烧焦它路径上的一切，然后坍缩成一颗白热的矮星。在拥有类似太阳系恒星的太阳系中，这种末日往往会毁灭所有内行星。但天文学家最近证实，任何幸存下来的行星都有机会享受第二幕。

白矮星是燃烧殆尽的恒星，其质量足够轻，不会坍缩成中子星或黑洞，遍布银河系。考虑到它们之前的生命与普通的太阳一样，至少有些白矮星应该拥有系外行星，但从来没有人探测过白矮星太阳系。但现在，研究人员认为，他们可能通过仔细的天文侦查工作发现了一个。数百光年外的一个令人费解的化学足迹表明存在一颗白矮星，它以附近行星的大气层为食。

“它的成分非常独特，我认为它一定与某种类型的行星有关，”英国华威大学物理学家、这项研究的共同作者鲍里斯·甘西克 (Boris Gänsicke) 说，这项研究最近发表在《自然》杂志上，“而且由于它的大气物质，它一定是一颗拥有非常大、非常深的大气层的行星。”

除了证明至少有一些行星拥有后红巨星时代的未来之外，首次发现白矮星行星系​​统还展示了一种研究系外行星大气层的新技术。

在斯隆数字巡天系统发现的数千颗白矮星中，这颗恒星——位于巨蟹座方向，距离地球 1500 至 2000 光年——从一开始就显得有些奇怪。与许多其他恒星一样，这架望远镜可以通过研究物体发出的光的颜色来测量物体的化学组成。氢发出的过量光表明它正在吸收伴星的气体，但 Gänsicke 还注意到氧原子发出的一丝光亮——这在恒星中很罕见。

为了近距离观察，他和团队在智利的甚大望远镜 (VLT) 上获得了四小时的宝贵观察时间，这是世界上最强大的望远镜之一。在最初的半小时内，他就知道他们发现了一件大事。VLT 敏锐的观察力清楚地分辨出了来自氧原子和硫原子的光子，这是 Gänsicke 和他的同事从未见过的。“这太特别了，”他说。他们还可以看出这颗恒星并非裸露的，而是包裹在一个旋转的气体盘中，其中还含有氢、氧和硫。

研究小组首先考虑了常见的嫌疑。这三种不寻常的元素会不会是从附近的恒星流出的？不太可能。伴星会来回拖拽白矮星，而且看起来相当稳定。那么附近的小行星，或者过去类似地球或火星的行星的残骸呢？Gänsicke 说，这种小岩石体富含钙、镁和铁，但天文学家没有看到这些矿物质的迹象。

这颗白矮星奇异的光芒让团队不知所措，直到他们开始思考形成大行星的成分。Gänsicke 的重大突破是在浏览一本有关太阳系化学的教科书时出现的。他读到，深入研究天王星和海王星等冰巨星，你会发现一层层水冰（氢和氧）和硫化氢冰（氢和硫）。突然间，这颗白矮星的不寻常元素变得有意义了：它们来自气体盘，而气体盘正在附近的海王星类似物中沸腾。

虽然研究小组无法直接测量这颗行星的大小、位置或质量，但模型显示，这颗海王星到木星大小的冰巨星紧贴着白矮星，每十天绕行一次。这颗恒星用强烈的紫外线轰击这颗行星，将其大气中的冰分子粉碎并吹入太空。在那里，它们像彗星的尾巴一样在行星后面流动。紫外线辐射将大部分尾巴推向太空，但有些会落入气体盘内，从那里，一些原子最终会螺旋式地进入白矮星本身。

随着恒星冷却，它对行星的辐射将不再那么强烈，最终原子流将停止。研究小组估计，总体而言，行星将损失其总质量的百分之几。

最后一个谜题是，一颗类似海王星的行星是如何从该系统冰冷的外部深处进入岩石行星温暖的内部世界的，以及它是如何在这颗恒星的红巨星肆虐期间逃脱毁灭的。“最合理的说法是，”Gänsicke 说，“该系统中至少还有一颗行星，甚至更多。”

该团队怀疑更巨大的行星隐藏在更远的地方。在这颗恒星变成白矮星后的某个时间，这颗冰巨星与其中一颗行星的近距离碰撞必定使它向恒星内部反弹。

接下来，该团队希望利用该系统弄清楚这颗行星到底有多像海王星。研究系外行星的大气层是天文学中一个新兴领域，但由于行星很暗，挑选出特定的原子仍然遥不可及。然而，白矮星及其气体盘直接发出窃取的元素，使这颗海王星的构成更容易理解一些。

明年，哈勃太空望远镜将把镜子转向该系统，在紫外线下观察白矮星，让研究小组有机会发现碳和氮。除了宇宙化学，Gänsicke 还希望最终能瞥见系统本身的动态，例如行星尾部向外螺旋并远离恒星的痕迹。“我们会尝试看看我们能否在未来的观测中探测到这一点，”他说。“那将是非常棒的。”