围绕死亡之星运行的行星们
人类找到的第一批太阳系外行星,并不围绕任何恒星运转——它们绕着一具尸体转,每秒自旋160圈,把周围一切淹没在致命辐射中。没人能完全解释它们是怎么来的。
这颗恒星已经死了。而三颗行星,依然在绕着它的遗体转。
想象一下它们所绕转的那个东西:一块不比一座城市更大的灰烬,每秒自旋160圈,把周围一切都淹没在瞬间杀死你的辐射里。没有黎明,没有黄昏,只有一具旋转的尸体,和一片永远不会温热的天空。
而接下来这一点,让天文学家几十年来始终如鲠在喉。这几颗行星可不是普通的行星——它们是人类有史以来首次在太阳系外确认的行星。不是围绕某颗温暖宜居的类太阳恒星,而是围绕一座坟墓。这个系统有个名字——PSR B1257+12——它抛出的问题,至今我们仍无法完整回答。

我们真正知道什么
先从中心那个怪物讲起。PSR B1257+12是一颗毫秒脉冲星:一颗巨大恒星在超新星爆发中嘶吼着死去后,留下的那颗心脏。它坐落在室女座,距地球约2300光年,它在旋转。飞快地旋转。每秒大约转160.8圈——每6.2毫秒完成一次完整自转(Wikipedia,"PSR B1257+12")。和所有脉冲星一样,它把无线电波束以节拍器般的精准节奏射向宇宙。而正是这种精准,出卖了它的秘密。
波兰天文学家亚历山大·沃尔兹坎在波多黎各用巨型阿雷西博天文台捕捉到了这颗脉冲星的心跳。随后,他与戴尔·弗雷尔于1992年1月9日在《自然》杂志上扔下一颗重磅炸弹:那具尸体周围,有行星在转(Space.com)。你怎么发现一个看不见的世界?你去听它的节拍。脉冲星的脉冲抵达时间精准到令人窒息,一旦某颗看不见的行星微微把恒星往地球方向拽、然后再拉开,节奏就会出现极微小的抖动。滴……滴……一个踉跄。那些细微的踉跄,就是引力留下的指纹(astrobites)。1994年,沃尔兹坎在《科学》杂志上发表跟进论文,堆上了更多证据——包括这些行星之间彼此悄悄牵引的方式——最终钉死了最初两颗行星的存在(Science,第264卷,1994年)。
三个世界,已确认。2015年12月,通过国际天文联合会(IAU)主办的公众"为系外世界命名"活动,它们终于拥有了与自身身份相称的名字。脉冲星成了"巫妖"(Lich)——一种幻想世界中的不死生物——而它的行星分别被命名为德劳格尔(Draugr)、波尔特盖斯特(Poltergeist)和福贝托尔(Phobetor)(Wikipedia,"PSR B1257+12")。鬼魂与亡灵,绕着一颗死星运行。命名者显然清楚自己在做什么。
关于它们的数据,精确得令人脊背发凉:
- 德劳格尔(PSR B1257+12 b):质量约为0.020个地球质量——大约是月球质量的两倍——每25.262天绕行一圈,轨道半径0.19天文单位。它是迄今已知质量测量最精确的行星中最轻的一颗(Wikipedia,"PSR B1257+12 b")。一个微粒。
- 波尔特盖斯特(PSR B1257+12 c):质量约4.3个地球质量,每66.54天绕行一圈,轨道半径0.36天文单位。
- 福贝托尔(PSR B1257+12 d):质量约3.9个地球质量,每98.21天绕行一圈,轨道半径0.46天文单位。
波尔特盖斯特和福贝托尔是最先被发现的两颗。小小的德劳格尔直到1994年经过精细化数据处理才悄悄现身。三颗行星都比水星离太阳还近地紧贴着它们的脉冲星,而那两颗较大的行星几乎以3:2的完美比例共舞——一种引力锁定的步伐,正是这种共振帮助天文学家证明这些行星是真实存在的,而不是数据噪声(arXiv:"PSR B1257+12行星系统的共振")。
有一点需要坦诚说明。曾经有过第四个嫌疑对象。1996年,天文学家提出可能存在第四个天体——最初被设想为远在外围的土星大小的巨行星,后来降级为矮行星级别。但当更多观测数据显示那个信号根本不具有周期性时,这个候选者被淘汰出局(Wikipedia,"PSR B1257+12")。那三颗真实的行星,则已经屹立了三十多年。

没有人能回答的问题
好,我们知道那些行星就在那里。这不是谜。
谜是:它们他妈的怎么到那里去的。
问题在这里。一颗足以爆炸成超新星、留下中子星的恒星,最初至少是太阳质量的八倍。想象那颗恒星在死之前本来就有行星。那些行星必须熬过一场噩梦。超新星爆炸时,会把恒星大部分质量猛地抛出去。而一个行星系统突然失去了大半维系自身的引力,会发生什么?它会把所有行星甩向星际空间的冰冷黑暗。爆炸冲击波、辐射、喷射物质的碎片——这一切加起来足以把世界撕碎,或者把它们蒸发殆尽(Universe Magazine)。还有第二重困境:天文学家甚至不认为质量这么大的恒星通常会形成行星。所以,这三颗行星就这样在原地安然"熬过"了爆炸这个说法,按任何标准衡量都是极度不可能的。
然而——它们就在那里。三颗。轨道整齐,近乎正圆。两颗还锁定在那优雅的共振之中。整个系统看起来平静,有序,像一个微型的、举止良好的太阳系,一个没有资格存在的太阳系。
这份整洁,才是真正的转折点。它既是线索,也是头疼。一场灾难侥幸存活的残骸,不该排列得这么漂亮。科学给出的诚实答案是:我们至今不知道PSR B1257+12的行星是怎么诞生的。它们是那些按照我们所有规则,根本不该在那里的世界。
那么它们究竟从哪里来的?
桌上有几种假说。没有一种赢了。这些都是科学假设,学界尚未达成共识——请把它们当作最佳猜测,而非定论。
浴火重生(回落盘假说)。 恒星爆炸时,并非一切都能逃脱。一部分被炸飞的物质缺了勇气,又落回向中子星,在它周围沉降成一个旋转的圆盘——一个富含金属、缓慢冷却的环,看起来很像在新生恒星周围形成行星的那种盘。在这个版本里,脉冲星的行星根本不是幸存者,而是第二代,从尸体自身的碎屑里重新生长出来的(arXiv:"超新星回落盘的稳定性与演化")。这很契合:在同一块盘里共同成长的行星,自然会落入那些整洁的共振轨道。难题?脉冲星用可怕的辐射浸透这样一块盘,往往会把它加热蒸发,赶在完工之前就让盘消失。
两颗死星的残骸(并合假说)。 另一种热门说法认为,这些行星来自一块由伴星物质——或两颗白矮星碰撞后撕裂、扩散到中子星轨道周围的物质——形成的盘(Wikipedia,"PSR B1257+12")。这个想法还有一条更离奇的分支:剩余碎屑可能富含碳,以至于会发生结晶,让人脑补出一幅行星内部遍布钻石的诡异画面(arXiv:"白矮星-中子星双星的并合")。围绕死星的钻石行星——但需要说清楚:那是纸面上的模型,不是任何人真正看见过的东西。
为什么我们几乎找不到它们。 无论真相如何,有一件事是确定的:脉冲星行星极其罕见。罕见得令人痛心。而这种罕见本身就在讲述一个故事。一项分析估计,只有约1%的中子星前身星具备合适的条件——一颗质量足够低的伴星,在超新星爆炸后依然被引力束缚在轨道上——才有可能形成脉冲星行星(AAS Nova)。这正是你对那些由恒星死亡后稀有残余物拼凑而成的世界所期待的结果。
这里没有外星人。没有神秘信号,没有设计的痕迹,没有什么潜伏在黑暗中的东西——只有物理学被推至极限。而说实话?PSR B1257+12提供的东西,比任何阴谋论都更奇异,却以某种方式更令人宽慰:它证明了宇宙能在最不可能的坟墓里建造行星——然后依然拒绝告诉我们究竟是怎么做到的。我们在太阳系外找到的第一批世界,竟然是最难解释的。这颗死星,守着它的秘密。暂时如此。
资料来源与延伸阅读
- Wikipedia,"PSR B1257+12"
- Wikipedia,"PSR B1257+12 b(德劳格尔)"
- Wolszczan,《科学》,264:538(1994年),"确认PSR B1257+12轨道上的地球质量行星"
- Space.com,"系外行星25周年:首批确认的外星世界"
- astrobites,"第一颗系外行星的发现"
- AAS Nova,"为什么脉冲星行星如此罕见?"
- arXiv,"超新星回落盘的稳定性与演化"
- arXiv,"PSR B1257+12行星系统的共振"
- Universe Magazine,"脉冲星行星是什么?"
Sources & further reading
- https://en.wikipedia.org/wiki/PSR_B1257+12
- https://en.wikipedia.org/wiki/PSR_B1257%2B12_B
- https://www.science.org/doi/10.1126/science.264.5158.538
- https://www.space.com/35253-exoplanet-discovery-anniversary-25-years.html
- https://astrobites.org/2023/01/02/pulsar-planets/
- https://aasnova.org/2016/10/11/why-are-pulsar-planets-rare/
- https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0102478
- https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9804096
- https://universemagazine.com/en/in-the-rays-of-a-dead-sun-what-are-pulsar-planets/
- https://arxiv.org/pdf/1608.08636
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