世界不思議

天文學家發現一顆驚人的「超級地球」,幾乎與宇宙年齡一樣老


在銀河系最古老的恆星之一,一顆位於 280 光年處,名為 TOI-561 的橙矮星的附近,天文學家發現了 3 顆繞在其周圍的太陽系外行星(exoplanet),其中有一顆是岩石行星(rocky planet),為地球的 1.5 倍大,並以 10.5 小時的高速繞著該恆星公轉。

很顯然地,如此靠近恆星的太陽系外行星不太可能適合居住,即便它如同地球、金星及火星般是岩石行星。它會達到 2480K 的高溫,在永遠是白天的那一側會被岩漿海(magma ocean)給潮汐鎖定。

但是 TOI-561 系統,包括行星及全部,是所有天文學家見過最古老的系統之一,預估年紀大約在 100 億年。這年紀超過太陽系的兩倍,幾乎跟宇宙本身一樣老,因此可作為岩石的太陽系外行星能夠維持穩定達很長一段時間的證據。

夏威夷大學(University of Hawai’i)的天文學家勞倫·懷斯說到:「TOI-561 b是我們所發現過的最古老的岩石行星之一。它的存在顯示,幾乎從宇宙 140 億年前誕生以來,就開始形成岩石行星。」

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行星資訊
三個行星命名為 TOI-561 b、TOI-561 c及TOI-561 d,是由美國太空總署(NASA)尋找行星用的太空望遠鏡「淩日系外行星巡天衛星」(Transiting Exoplanet Survey Satellite,TESS)所辨識出來的。TESS 分區域注視著整個天空,尋找遙遠恆星發出的光中,週期性的亮度下降。這些是所謂的「淩日」(transit),也就是當一顆行星通過我們與其恆星之間時。從這個資料以及後續的觀察,天文學家能夠決定這三顆太陽系外行星的軌道週期以及大小。

最外側的 TOI-561 d 大約是地球大小的 2.3 倍,軌道週期為 16.3 天。TOI-561 c 為地球大小的 2.9 倍,軌道週期為 10.8 天。而 TOI-561 b 是地球大小的 1.45 倍,其軌道週期只有約 10.5 小時。

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該研究團隊也進行了徑向速度(radial velocity)的量測。當行星繞著恆星旋轉時,恆星不會靜止不動。每個系外行星都會對恆星施加自己的引力,結果會形成一小段有點複雜的舞蹈,當該星球向我們移動或遠離我們時,會壓縮及伸展恆星的光線。

若是我們知道恆星的質量,我們可以觀察該恆星隨著系外行星的引力而移動了多少,藉此計算系外行星的質量。從這個理論,研究人員算出了 TOI-561 b 大約是地球質量的 3 倍。但是其密度大約跟地球的密度差不多,約 5 g/cm3。

加利福尼亞大學河濱分校(University of California, Riverside)的行星天體物理學家史蒂芬·凱恩副教授(Stephen Kane)說到:「這很令人吃驚,因為你本來會預期密度更高。因此,這與這顆行星非常古老的觀念是一致的。」

這是因為宇宙中較重的元素,也就是比鐵更重的金屬,是在恆星的內部所鍛造、在巨大恆星的生命末期所形成的超新星(supernovae)中所鍛造,以及在巨大的死恆星的碰撞間所鍛造。只有在恆星死後,並將這些元素散播到太空之中後,它們才能被其他物體所吸收。

所以,宇宙中最古老的恆星很缺乏金屬。比方說,TOI-561 的金屬性就低。而任何在宇宙早期形成的行星也應該具有低金屬性。

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