围绕白矮星运行的行星

熟知外星君 2025-03-10 16:02:49

根据美国加州大学欧文分校天文学家的研究,在银河系约100亿颗白矮星中,可能有比此前预计更多的白矮星能提供适合维持生命的系外行星的生存环境。

该研究团队在《天体物理学杂志》最新发表的论文中,比较了两类恒星周围系外行星的气候环境。其中一个是处于生命周期晚期、正缓慢走向恒星死亡的假想白矮星;另一个是与太阳演化阶段相似的主序星开普勒-62(Kepler-62)。研究由美国加州大学欧文分校物理与天文系副教授Aomawa Shields领导完成。

研究团队利用通常用于研究地球环境的三维全球气候计算机模型发现,尽管两颗恒星的辐射能量分布类似,但白矮星系外行星的环境温度显著高于开普勒-62系外行星。

"虽然白矮星可能仍从其外层残余核活动中释放部分热量,但其核心已停止核聚变反应。因此,这类恒星能否孕育宜居行星此前并未得到充分关注,"谢尔兹教授表示,"我们的计算机模拟表明,若此类行星存在于其轨道上,其表面可能存在比此前认为的更多宜居区域。"

她指出,团队研究中两类星际系统的关键差异——决定行星气候是否宜居的核心因素——在于行星的旋转特性。

K62行星非同步快速自转与同步行星的气候比较

非同步快速自转的K62行星整体温度更高,地表温度模式呈经度均匀性。该行星各经度在不同时间段(10小时昼长)均能接收到光照,导致云量更少、地表和大气顶层反照率(TOA albedo)的冰层贡献比例高于同步行星的(昼侧)冰层。这种非同步行星昼侧更高的冰层比例使得其赤道到极地的温差比两类同步行星更大。

白矮星的宜居带——即能够维持液态水的系外行星可能存在区域——相比其他恒星(如开普勒-62)而言距离恒星更近。谢尔兹强调,这使得白矮星系外行星的公转周期大幅缩短至10小时,而开普勒-62系外行星的公转周期为155天。

虽然这两颗行星很可能都与恒星处于潮汐锁定轨道(永久昼半球和永夜半球),但超高速旋转的白矮星系外行星的云层循环被显著拉伸。相比之下,开普勒-62系外行星长达155天的公转周期使其昼侧积累了大量液态水云。

"我们预期,在类太阳恒星(如开普勒-62)宜居带内的系外行星若呈潮汐锁定状态,其昼侧会形成更多云层,反射部分入射辐射以减少地表吸热。"谢尔兹解释道,"这对靠近恒星宜居带内侧边缘的行星可能是好事——它们需要适当降温以避免失控温室效应导致海洋蒸发。但对于恰好位于宜居带中间的行星来说,这种情况反而有害。"

她继续解释:"开普勒-62行星的云层覆盖如此之多,导致其冷却过度,牺牲了大量宝贵的宜居地表面积。另一方面,围绕白矮星运行的行星由于自转速度极快,永远来不及在其昼侧积累大量云层,因此保留了更多热量,这对它是有利的。"

白矮星行星昼侧液态云更少且夜侧温室效应更强,使得其整体温度高于开普勒-62行星。

"这些结果表明,曾被认为不适合生命存在的白矮星环境,可能为系外行星和天体生物学研究开辟新方向,"谢尔兹教授表示,"随着詹姆斯·韦伯太空望远镜等先进观测设备投入运行,我们可能正进入一个全新阶段——研究围绕此前未被考虑的恒星的全新类型世界。"

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