有迹象表明,这可能是第一次被探测到一颗行星银河系外穿过恒星的迹象

这可能是第一次探测到行星在银河系外穿过恒星的迹象。这个有趣的结果,利用NASA钱德拉X射线天文台,打开了一个新的窗口,可以在比以往更远的距离搜索系外行星

这颗可能的候选系外行星位于螺旋星系梅西耶51(M51)中,也因其独特的外形而被称为漩涡星系

系外行星被定义为太阳系之外的行星。到目前为止,天文学家已经发现了银河系中所有其他已知的系外行星和系外行星候选行星,几乎所有这些行星都距离地球不到3000年。M51中的一颗系外行星距离我们约2800万光年,这意味着它的距离是银河系中的行星的数千倍。

系外行星被定义为太阳系之外的行星。到目前为止,天文学家已经在银河系中发现了所有其他已知的系外行星和系外行星候选者,它们几乎都离地球不到大约3000光年。M51中的系外行星将在大约2800万光年之外,这意味着它将比银河系中的行星远几千倍。

“我们正试图通过在X射线波长下寻找候选行星,为寻找其他世界开辟一个全新的舞台,这种策略使在其他星系中发现它们成为可能,”马萨诸塞州剑桥哈佛和史密森天体物理中心(CfA)的罗桑·迪·斯蒂法诺(Rosanne Di Stefano)说,他领导了这项研究,该研究今天发表在《自然天文学(Nature Astronomy)》上。

这一新的结果是基于凌日现象得出的。在凌日现象中,一颗行星经过恒星前方时会阻挡部分恒星的光线并产生特征性的倾角。天文学家使用地面和太空望远镜——比如NASA的开普勒TESS任务中的望远镜——来寻找人类可以看到的可见光和电磁辐射,从而发现了数千颗行星。

迪·斯蒂法诺和他的同事们转而寻找从X射线明亮双星接收到的X射线亮度的下降。这些发光系统通常包含一个中子星黑洞,从一个近轨道的伴星吸入气体。中子星或黑附近的物质变得过热,并在X射线中发光。

由于产生明亮x射线的区域很小,当行星从它前面经过时,可能会挡住大部分或全部X射线,这使得凌日更容易被发现,因为X射线可以完全消失。这将使我们能够在比目前的光传输研究更远的距离上探测到系外行星。因为这颗行星只阻挡了恒星的一小部分,因此光传输研究必须能够探测到光的微小减少。

研究团队使用这种方法来检测位于M51的一个名为 M51-ULS-1的双星系统中的候选系外行星。这个双星系统包含一个黑洞或中子星,它围绕一颗质量约为太阳20倍的伴星运行。他们使用钱德拉数据发现的X射线凌日持续了大约三个小时,在此期间X射线发射减少到零。根据这些信息和其他信息,研究人员估计M51-ULS-1中的候选系外行星大小大致与土星相当,并且围绕中子星或黑洞运行,其轨道距离约为土星与太阳距离的两倍。

钱德拉的X射线和NASA哈勃太空望远镜的可见光合成了M51的图像,其中包含一个方框,标记着可能的候选行星的位置。
图片来源:X射线:NASA/CXC/SAO/R.DiStefano, et al.;光学:NASA/ESA/STScI/Grendler

虽然这是一项诱人的研究,但还需要更多的数据来证实这是一颗银河系外的系外行星。其中一个挑战是,这颗候选行星的大轨道意味着它在大约70年内不会再次在其双星系统前穿过,这使得几十年来对其进行确认观测的任何尝试都无法实现。

“不幸的是,要确认我们看到了一颗行星,我们可能要等几十年才能看到另一次凌日现象,”加州大学圣克鲁兹分校的共同作者尼娅·伊马拉(Nia Imara)说。“由于轨道运行时间的不确定性,我们无法确切知道何时进行观测。”

光线变暗是否可能是由X射线源前面经过的气体和灰尘造成的?研究人员认为这是一种不太可能的解释,因为M51-ULS-1中观察到的事件的特征与这种云的传播不一致。然而,候选行星的模型与数据是一致的。

“我们知道我们正在提出一个令人兴奋和大胆的声明,所以我们希望其他天文学家会非常仔细地研究它,”新泽西州普林斯顿大学的共同作者朱莉娅·贝恩特森(Julia Berndtsson)说。“我们认为我们有一个强有力的论据,这个过程就是科学的运作方式。”

如果这个系统中存在一颗行星,它很可能有一段动荡的历史和暴力的过去。该系统中的一颗系外行星将不得不在创造中子星或黑洞的超新星爆炸中幸存下来。未来也可能是危险的。在某个时候,伴星也可能爆炸为超新星,并以极高的辐射平再次炸毁这颗行星。

迪·斯特凡诺和她的同事们利用钱德拉和欧洲航天局的XMM-牛顿望远镜,在银河系之外的三个星系中寻找X射线凌日现象。他们的搜索覆盖了M51中的55个系统,梅西耶101(风车星系)中的64个系统,梅西耶104(草帽星系)中的119个系统,从而产生了本文描述的单一系外行星候选者。

作者将在钱德拉和XMM牛顿的档案中搜索其他星系中更多的系外行星候选行星。钱德拉的大量数据集可用于至少20个星系,包括一些像M31M33的星系,它们比M51近得多,因此可以探测到较短的凌日现象。另一个有趣的研究方向是寻找银河系X射线源中的X射线凌日,以便在不寻常的境中发现附近的新行星。

这篇自然天文学论文的其他作者是瑞安·厄克特 (Ryan Urquhart密歇根州立大学)、罗伯托·索里亚 (Roberto Soria,中国科学院大学)、维奈卡沙普 (Vinay Kashap,CfA)和塞隆·卡迈克尔 (Theron Carmichael,CfA)。NASA的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台钱德拉X射线中心由马萨诸塞州剑桥控制科学操作,由马萨诸塞州伯灵顿控制飞行操作。

图片来源:X射线:NASA/CXC/SAO/R.DiStefano, et al.;光学:NASA/ESA/STScI/Grendler;插图:NASA/CXC/M.Weiss

从NASA的钱德拉X射线天文台了解更多信息。

如欲了解更多钱德拉图像、多媒体和相关资料,请访问:

http://www.nasa.gov/chandra

参考来源:

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/chandra-sees-evidence-for-possible-planet-in-another-galaxy.html

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