中子星也有行星？宜居吗？

消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间：2024-11-18

报价宝综合消息中子星也有行星？宜居吗？

说到行星，它们通常都是围绕太阳这种主序星的天体。对于白矮星、中子星这些恒星残骸来说，它们会不会有自己的行星系统呢？如果有那这些行星还是先前的那些行星吗？

2017 年，天文学家在斯隆巡天的数据中发现了一颗白矮星。两年后，研究人员又在其周围观察到了一些特殊的发射线。从发射线的特征判断，这里似乎有一个固体信号。排除了伴星和光电不稳定性等其他原因后，研究人员认为它可能是一颗微行星（SDSS J1228+1040b）。

"微行星"这个概念通常指的是一类被称为"星子"的小天体。所谓星子，指的是由气体物质逐渐聚集，从而形成的小块固体物质，一般出现在恒星刚诞生时的原行星盘中。这些小星子经过不断地吸积、碰撞，逐渐成长为大星子，直至成为一颗行星。所以星子可以认为就是行星的胚胎。

但是对于这颗微行星来说，它显然不是那种刚诞生于原行星盘的星子，毕竟它的宿主恒星是一颗饱经风霜已经寿终正寝的白矮星。

其实很多白矮星都有着自己的行星系统，所以对于白矮星吸积周围小天体的这种情况并不罕见。但是这颗行星有些不一样的地方。

首先是大小。作为一颗微行星，小它是真的小。我们知道，地球的半径大约是 6371 公里，而这颗微行星的半径还不到它的零头，可能只有几十公里，几乎只有地球半径的 1%。可以说它是迄今为止已发现并确认的最小的系外行星。

地球 vs SDSS J1228+1040b

说是行星，严格来说它并不是一个完整的行星，而可能只是行星的内核。

因为人们观测到这颗微行星的轨道周期非常短，转一圈大概只要 2 个小时，所以它距离白矮星应该非常近。果不其然，后来人们测量出它的轨道半径只有 0.0034 个天文单位，不及水星到太阳距离的 1%。

如此靠近一颗致密星，意味着行星要承受很强的潮汐力。就像《流浪地球》里地球从木星旁经过时大气层被吸走一样，只是在这里白矮星的引力会更强。

《流浪地球》剧照

在强大的潮汐作用下不仅是大气层，就连行星的地壳和地幔部分都可能被彻底剥离，只剩下一个金属内核。即使这样，这个内核也要有足够内部强度或密度才能避免被破坏。

另外，白矮星具有极高的温度，通常可以达到上万度。因此，这颗行星的表面预计也有上千度的高温，看上去没准儿就像一个烧得通红的大铁球。

单从尺寸上来说，这颗微行星或许是目前发现的最小的系外行星，但是如果论质量的话它还不是最小的。

这是一颗位于室女座距离我们大约 2300 光年的系外行星。它的质量已被较为精确地测量出来，大概是 0.02 个地球质量，差不多只相当于 2 个月球。它就是目前已确认的质量最小的系外行星 --PSR B1257+12 b。

看到"PSR"打头，说明它的母恒星是一颗脉冲星，而这颗行星正是通过脉冲星计时法发现的。脉冲星其实就是一种高度磁化的旋转中的中子星，它的磁极会发射出很强的电磁辐射束。当辐射束的方向扫过地球时，我们就会观测到相应的脉冲波动。由于脉冲星的自转速度几乎恒定，所以这种脉动具有极其规律的特征。天文学家正是通过对这种规律脉冲的精确测量来判断它周围是否有行星存在的。

对于脉冲星周围存在行星，这个发现早先是出乎科学家预料的。白矮星有行星还说得过去，毕竟人家的死亡过程相对温和。但是中子星可是经历过超新星爆发的，这种爆炸是如此剧烈，释放的能量相当于我们的太阳一生中释放的能量总和，以至于爆炸时的亮度可以照亮其所在的整个星系。

爆炸过程中恒星会将大部分物质以接近 1/10 光速的速度向外抛洒，并向周围产生激波。所以理论上来说，如果恒星周围有行星的话，它应该早就灰飞烟灭了才对。就算没被彻底摧毁，那也不知道被崩哪儿去了。但是后来人们发现这里竟然存在着"幸存者"，这着实让人大跌眼镜。

那这些"幸存者"究竟是如何躲过超新星爆发的呢？

其实这些所谓的"幸存者"可能根本不是幸存下来的。无论是什么样的行星，在超新星爆发面前那都是螳臂当车。别说是行星，就是作为伴星的其他恒星，在面对这样一个同伴时都要畏惧三分。

除非这颗行星围绕的是一个双星。所谓"天塌下来有高个儿顶着"，有了另一个恒星来吸收伤害，行星能够幸存的概率就大大增加了。

不过今天要说的这个脉冲星行星还不一样。2013 年，一篇发表在《皇家天文学会月刊》上的文章中，研究人员对该脉冲星进行了长达两年的观测，并推断它周围的行星应该是新形成于原行星盘。注意：这里的原行星盘并不是脉冲星前身那颗恒星刚形成时的原行星盘，而是超新星爆发后脉冲星自己的原行星盘。

研究人员推测，和大多数脉冲星一样，这颗脉冲星原本也是在一个双星系统中。它旁边本来有一颗大质量伴星，随着伴星的物质慢慢被脉冲星吸走，脉冲星周围逐渐形成了一个吸积盘。

后来这颗伴星也走到了生命的尽头，随之而来的便是另一次的超新星爆发。但这次的爆炸冲击对先前的脉冲星并没有造成破坏性影响，相反，它为脉冲星提供了大量的新食物。随着吸积盘的不断演化变大，于是原行星盘诞生了。之后在某种扰动下，星子开始在这里形成，于是属于脉冲星自己的行星诞生了。

这是关于脉冲星行星起源的其中一种解释。除了这种情况外，脉冲星行星的起源还有另外两种可能。

第一种很好理解，就是脉冲星靠自身引力捕获了一颗从它旁边经过的天体，使其成了它的行星。这个就和有些行星通过捕获小天体成为其卫星一样。

而另一种情况就让人有点诧异了：这颗行星的前身或许就是那个伴星自己。伴星先是在同伴的超新星爆发后幸存了下来，随后自己膨胀成红巨星，最后成为一颗白矮星。在脉冲星同伴超强的引力作用下，白矮星外层的氢和氦全部被吸走，只剩下了一个孤零零的碳结晶核心，这个核心便成了脉冲星的一颗行星。系外行星 PSR J1719−1438 b 就是这样一个例子，感兴趣的话以后咱们再专门来说。

这些依附于脉冲星的行星，它们会是什么样的环境？生命在上面有没有生存的可能性呢？或者说，对于那些致密星来说，宜居带的概念还存在吗？

首先，目前已经知道对于表面温度低于 10000 度的那些白矮星来说，它的宜居带范围大约位于 0.005~0.02 个天文单位，差不多也就是 2~8 个地月距离的范围。毕竟白矮星的个头太小了，从温度来说宜居带当然非常近。

不过这些行星的表面温度主要来源于白矮星在近红外、可见光和紫外线波段的辐射，但是中子星（尤其是脉冲星）包括其吸积过程会产生大量的高能 X 射线甚至是伽玛射线，那些波长相对较长的辐射几乎没有，因此需要考虑不同的机制，情况比较复杂。

2017 年，一篇发表在《天文学与天体物理学》上的文章中，研究人员针对中子星和行星大气的辐射情况进行了分析。

行星的大气在 X 射线照射下会产生大量热量，从而导致行星大气被蒸发。对于地球这样的岩质行星来说大气会相对稀薄，很容易就蒸发殆尽，所以宜居时机非常短。而对于大气浓密的超级地球尤其是气态行星来说，它的宜居时机理论上会长的多。也就是对脉冲星来说，它可能并没有固定的宜居带，宜居性和具体行星的特征关系更大。

在今天说的这颗脉冲星周围，研究人员目前发现了三颗行星。除了刚才说的那个 0.02 倍地球质量的，还有两个 3.4 倍和 4.3 倍的超级地球。对于这两个超级地球来说，只要它们的大气占比足够高，即使穿透力最强的伽玛射线可能也无法到达行星表面。

如果再考虑到磁场，行星的宜居时期就更长了，甚至可以达到数十亿年。要知道，从地球诞生到出现生命只用了 10 亿年左右时间，这意味着在脉冲星行星上诞生生命也不是完全没有可能。只是大气层太厚的话，下面的压强会非常大，以至于在固态表面之上可能是海量的液态或超流体物质。所以如果那里有生命的话，没准儿也是类似地球上的深海物种吧。

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