可能有颗土星大小的系外行星潜伏在2800万光年外的涡状星系M51中
可能有颗土星大小的系外行星潜伏在2800万光年外的涡状星系M51中
（神秘的地球uux.cn报道）据美国国家地理（撰文：MICHAEL GRESHKO 编译：邱彦纶）：有个奇特的X射线讯号暗示，可能有颗土星大小的行星潜伏在2800万光年外的涡状星系中，若结果属实，这将会是此星系的第一颗已知行星。
大约2800万年前，在遥远的涡状星系（Whirlpool Galaxy）中，有颗蓝色的超巨星正经历彻底的悲惨命运。
这颗年轻而巨大的恒星与贪婪的伙伴──可能是黑洞或致密的中子星──陷入了重力之舞，后者的重力如此之强，就像吸血鬼一样吸食着这颗恒星的外表。当恒星的电浆被剥离时，发出的X射线要比我们的太阳亮100万倍。
有个天体在这个遥远的X射线源和我们的太阳系之间通过，从我们的角度来看，它挡住了X射线源达数小时之久。由于光线需要非常久的时间才能传播如此惊人的距离，直到 2012 年，绕行地球运行的X射线望远镜才发现讯号强度的下降。现在有一组科学家团队正在论证这个遮掩X射线的神秘天体可能是颗行星──是迄今发现过最遥远、最极端的行星之一。
这项研究发表在10月25日出版的《自然天文学》（Nature Astronomy）期刊上，由天文物理学家罗珊．迪斯蒂法诺（Rosanne Di Stefano）领军的研究人员认为，涡状星系内的X射线双星系统M51-ULS-1可能拥有一颗与土星大小相近的行星，它的轨道与母恒星的距离相当于天王星绕行太阳的轨道。
如果这颗行星确实存在，M51-ULS-1将代表我们首度在另一个星系精准定位拥有「银河系外行星」（extroplanet，即在我们母星系银河系之外所发现的行星）的恒星系统。
「这个候选行星──没错，我们应该暂称它为候选行星──位处另一个星系的事实让我大吃一惊。」哈佛－史密森尼天体物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的研究员迪斯蒂法诺表示：「这件事的本质让我感到兴奋，却也在某种意义上感到渺小。」
由于尚未获得证实，M51-ULS-1系统内的这颗疑似行星仍只是「候选者」，还需天文学家观测X射线亮度的多次周期性下降──这是行星围绕光源运行的明显迹象。但是，据估计这个天体的轨道需要数十年才能完成，这代表可能需要几个世纪才能看到多次额外的亮度下降。
并未参与此项研究的麻省理工学院系外行星研究员克里斯．伯克（Chris Burke）表示：「这有点像看棒球比赛的第一球……我们已经知道了一些东西，但还不知道结果。」
虽然如此，用来发现这个讯号的技术提供了一种在遥远星系中寻找行星的新方法。这项研究还显示，行星可以在比先前认为更极端的恒星系统中生存。伯克说：「这可能为理解行星形成开辟了一个新的参数空间。」
银河系之外的世界
天文学家用来在银河系内寻找系外行星的主要方法，包括观察被行星环绕的恒星，但当这些技术应用于其他星系时，效果要差得多。 「如果距离远1000倍，你获得的光子就会少100万倍。」迪斯蒂法诺说：「这是个很大的挑战。」
直到现在，天文学家都仰赖「重力透镜效应」（gravitational lensing）在银河系以外的星系内寻找行星，这种是恒星等大型天体扭曲周围时空而使入射光偏折的现象。从我们的角度来看，如果有颗恒星碰巧从地球和更远的光源之间经过，那么这颗恒星可以暂时放大遥远的光源，从而产生称为「微透镜事件」（microlensing event）的闪光。
如果一颗恒星的周围有行星绕行，那么这些行星会影响该恒星重力透镜的形状，就像在相机镜头上添加一小块玻璃会使照片微妙地扭曲一样。天文学家可以在微透镜事件期间侦测到这些变化，并以此推断产生微透镜事件的恒星周围是否有行星存在。
到目前为止，科学家已经藉由这种方法发现在银河系内发现了118颗行星，以及一颗在银河系外的候选行星。 2004年，研究仙女座星系（Andromeda Galaxy）的科学家宣布他们发现了一个不寻常的微透镜讯号，2009年的一项后续研究显示，这个讯号可能来自一颗有行星环绕的恒星。
但这种方法只能披露非常少许关于恒星或绕行行星的细节，距离遥远的状况下尤是如此。仙女座星系的那个讯号在望远镜相机感测器内只占了单一个像素。
2018年，迪斯蒂法诺和目前任职于加州大学圣克鲁兹分校的哈佛博士后研究员尼亚．伊马拉（Nia Imara） 提出了另一种在银河系外寻找行星的方法：在X射线双星系统（x-ray binary）中寻找。
当一对密近恒星彼此绕行，其中一颗恒星死亡并塌缩成黑洞或中子星这样的极致密恒星残骸，就会形成X射线双星。塌缩天体的巨大重力非常猛烈地撕扯伴星上的物质，因此该系统会发出明亮的X射线。
如果一颗行星能在这种混乱的环境中存活下来，它的轨道可能会恰好在地球和X射线源之间经过，从而揭露这颗行星的存在。
极端环境下的行星
2018年夏天，迪斯蒂法诺、伊马拉和他们的同事决定对美国航太总署（NASA） 的钱卓X射线太空望远镜（Chandra X-ray Observatory）和欧洲太空总署的XMM-牛顿望远镜（XMM-Newton telescope）的公开观测数据库中进行搜寻，寻找X射线双星讯号的波动。他们很快就发现了来自M51-ULS-1的候选讯号。
研究人员随后检查了行星以外的其他天体，是否可以解释M51-ULS-1的变暗情形，因为X射线双星的亮度会发生波动。但到目前为止，这些替代解释都站不住脚。
在2012年的讯号中，所有能量源的X射线都变暗到几乎为零──这强烈暗示着一个不透明的固态天体挡住了观察的视线。研究人员认为如果遮挡的天体是一团尘埃云，那至少会让一些X射线通过。
如果遮挡的天体是颗恒星，那这反而会变成一个重力透镜，让双星在凌日过程中变得更亮，而不是像观察到的那样变暗。而且M51-ULS-1很有可能太年轻，无法容纳合适大小的「棕矮星」（brown dwarf）──比气态巨行星大但比恒星小的天体──来解释观测结果。
如果确实有颗行星存在于M51-ULS-1中，那它已经成功地在一个非常猛烈、非常年轻的系统中生存了下来。伯克表示：「这个系统内已经有太多活动，要在此处形成行星太疯狂了。」
若能在更多X射线双星系统周遭探测到更多行星，或将有助揭露恒星系统形成行星是多么容易。一方面，迪斯蒂法诺很高兴看到研究人员将她们团队的方法应用在更多公开的X射线数据库，包括银河系内的X射线双星数据。
「这开辟了一个非常广阔的领域，」她说： 「我的希望是人类的科学进展会因此腾飞。」
