如何用詹姆斯韦伯太空望远镜来狩猎白矮星周围的生命

By Paul Sutter

2022/10/12

Search For Life

艺术家的一个爆炸恒星残骸的一颗白矮星的描画。 (Image credit: 7activestudio via Getty Images)

白矮星是太阳一样恒星留下的核在宇宙中难以置信的常见。它们中的许多宿主可能位于这些恒星的宜居带内并甚至可能支持生命的行星。现在，科学家们已经轮廓了怎样来为可能的生命狩猎。

大多数估计把银河系内行星的总数放在几千亿到一万亿之间某处。这是对的------一万亿。然而，天文学家已经能够来确认仅几千颗行星的存在，因为一般发现行星是相当的困难的。

我们已经发现的几乎所有的系外行星有与太阳没有太大区别的质量。这有几个原因。一是我们正在搜索太阳一样恒星周围的行星，因为我们感兴趣于发现像我们自己一样的生命。二是太阳一样恒星很常见。三是虽然更小的红矮星比太阳一样恒星更常见，但它们是太暗，这使来发现行星更难。

我们已经发现的超过99.9%的恒星将最终演变成白矮星，这是地球大小的碳和氧核。（这也会发生在太阳上。）

因为太阳一样恒星是很常见的，而太阳一样恒星演变成白矮星，围绕白矮星应该有很多行星。然而那里的观察已经出来少的，只有一些异域的例子。一个是WD 0806-661b，它是一颗比木星更大近8倍的气体巨行星，在距离它的白矮星2500多个天文单位或2325亿英里（3737亿公里）环绕，这意味着它要用比地球用的更多158840年来完成一圈。另一个是PSR B1620-26（AB）b，这是一颗环绕白矮星-脉冲星对的气体巨星。

对任何感兴趣于环绕白矮星发现系外行星的人有两个挑战。一是它们非常小而且相对的暗，因此常用的过境方法其中我们盯着恒星并等待系外行星来在它前面穿过不起作用。二是白矮星在它们的光谱中没有很多突出特征，因此另一种涉及观察随一颗环绕的行星拖在它的母星上的光谱的红移和蓝移的流行方法也不起作用。

僵尸星球起死复生

然后有另一个挑战的问题：当行星随它们的宿主恒星死亡和变成一颗红矮星行星来存活甚至是可能的吗？一个太阳一样的恒星的死亡并不漂亮的。首先，随恒星消耗太近环绕它们的行星它肿胀来变成一个红巨星。然后它经历持续数百万年的剧烈痉挛，这将大量的物质羽流吐出去进入周围的系统并不稳定化其他世界。

但甚至在所有这些暴力之后，一颗白矮星终结有行星可能是可能的。一些行星可能足够远来避免屠杀，允许它们抓着它们的轨道。这些行星和任何新从恒星甩射出的物质之间的相互作用能带这些行星更近。另一种机制是对新行星从旧行星的残骸中形成一旦事情安顿下来创造一个新的行星系统。

因此，理论上围绕白矮星来制造地球一样的行星是可能的。因为这些恒星既暗又小，它们的宜居带------在那里温度正好允许水在行星表面作为一个液体存在------会是非常接近白矮星本身。

围绕白矮星发现地球一样行星将是巨大的，因为它将帮助我们了解我们自己的太阳系的最终命运并是一个在星系中寻找生命的全新地方。

过多的活着

如此我们将如何搜索这个外星生命呢？天文学家们已经发布了一份用詹姆斯韦伯太空望远镜围绕白矮星狩猎系外行星的路线图。他们在一篇被《皇家天文学会月刊》杂志接受发表的论文中详细说明了他们的计划，预印本经由arXiv可以获得。

因为通常寻找系外行星过境或运动中移变的方法对白矮星不起作用，天文学家提出一种远更简单的来寻找白矮星周围行星的方法：只是盯着它们。白矮星是相对凉的，因此任何环绕的行星会是相对温暖的（特别是与太阳温度对地球温度的比值相比）。这意味着来自一颗白矮星的红外光也将包含一些来自环绕行星的红外光。通过将一颗白矮星组合的光与我们知道没有任何行星围绕它的白矮星的光比较，我们可以探测这颗系外行星。

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天文学家们发现了韦伯望远镜可以观察最近的15颗白矮星，并潜在的在它们的宜居带发现行星。但这项技术仅在这颗行星有合适的大小和温度下起作用。例如，这种方法将能够来发现一个被温室气体变暖的地球一样的行星（就像我们的行星一样）或者一个远更热的更小的行星。如果这颗行星太小或太冷，那么它的光不会在来自该系统的结合的红外光中出现到一个可探测到的水平。

更重要的是，如果这颗系外行星有实在的二氧化碳，这种方法也将能够挑出来。虽然发现这种分子不会是生命的一个确切迹象，但这将是一个令人鼓舞的发现，值得后续观察。