系外行星WASP-12b末日不远

系外行星WASP-12b末日不远

地球末日,大约在50亿年之后才会来临,被逐渐膨胀变成红巨星的太阳炙烤乾涸而不再适合居住。但对在御夫座方向、距离600光年外的系外行星WASP-12b而言,这个世界末日已经提前来临。根据美国普林斯顿大学(Princeton University)Samuel Yee等人的最新研究,发现这颗行星绕母恆星公转的同时,还逐渐向母星靠近,让这颗行星的生命仅馀原本的1/1000时间,约短短的300万年左右。

WASP-12b是所谓的「热木星(hot Jupiter)」,类似木星的气体巨行星,但非常靠近它的母恆星,公转一圈仅需26小时,与太阳系最内侧的水星绕太阳一週需88天相比,WASP-12b的公转速度算是飞速。由于太靠近母恆星,这类热木星不仅要受到母星高温炙烤,还会受到母星的强烈重力场影响,导致行星向内旋入并逐渐摧毁。但没人能预测这个毁灭的过程会耗时多久,可能只要数百万年,也可能长达数十亿甚至数兆年。而今,WASP-12b是第一个天文学家测量并预测其毁灭时间的系外行星,终结了天文学家近25年的期盼。

预测的关键在:WASP-12b和其母星之间的重力交互作用(即所谓「潮汐作用」),类似地球和月球之间发生的潮汐现象。对母恆星而言,这些潮汐波(tidal wave)会引起恆星轻微变形和振盪。由于摩擦力的关係,潮汐波最终会逐渐削弱而消失,并将行星的轨道能量(orbital energy)逐渐转化成恆星内部的热能。

潮汐引起的摩擦力作用也会对行星造成所谓的「重力扭矩(gravitational torque)」,使行星逐渐向恆星旋近。测量行星轨道缩减的速率,等于揭露恆星削减轨道能量的速率有多快,天文物理学家们可藉此瞭解恆星的内部结构。如果能发现更多像WASP-12b这样的案例,或许还可以解开系外行星系统的演化状况与最终命运问题。

此外还有个重点:轨道能量削减的这麽快,意味著必定有更多的热木星也已经处在这样的末日状态下。当它们抵达母恆星的洛希极限(Roche limit)时,潮汐破坏力便会将行星的外部包层扯碎,让岩质核心显露出来,届时这颗行星看起来就像是超级地球或迷你海王星之类的。

WASP-12b是在2008年经由凌日法发现的,即每当WSAP-12b通过母恆星前方时,观测者看到母恆星的亮度有微小下降的现象。从发现迄今,天文学家发现它凌日致使母星亮度下降的时间间隔,每年会减少29毫秒。这个时间间隔缩减现象可能是轨道缩减造成的,也可能是因为WASP-12b的轨道是非常椭圆的形状,当改变轨道定向时也会造成观测到的母星亮度下降时间间隔缩减的状况。

为确定是哪一种原因,这些天文学家反过来观测当WASP-12b行经母恆星后方而被母恆星掩蔽时的状况。如果拿的是轨道定向剧本,真正的轨道周期并没有改变,那麽在WASP-12b通过恆星前方的凌日过程变快,反过来被母恆星掩星时的速率就反而会变慢。但如果是轨道缩减剧本,那麽无论凌日或掩星的时间间隔都同样会减少。过去两年间,这些天文学家收集各种天文设施取得的多方观测资料,才确认是后者无误。

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