天文太空

最長壽的行星

宇宙中的行星有多古老?

撰文/王心瑩

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最長壽的行星

宇宙中的行星有多古老?

撰文/王心瑩

宇宙到底有多古老?目前認為形成宇宙的大霹靂發生在約140億年前。那麼,像地球這樣環繞自己太陽的行星,又是何時開始產生?7月11日出版的《科學》中,天文學家提出了迄今為止最古老行星的觀測報告︰形成於130億年前,比地球的45億年要老了三倍,而且其形成時間距離大霹靂還不到10億年,幾乎不可能有比它更早形成的行星了,而這個時間也比過去天文學家預期的時間早了許多。由於行星這麼早就開始形成,天文學家認為,這表示宇宙中行星的數量可能非常多。


來自加拿大卑詩大學、美國賓州州立大學、加州大學洛杉磯分校等地天文學家,在這顆行星形成的130億年之後,透過NASA的哈伯太空望遠鏡的觀測數據,精確量測到它的質量,約為木星(我們太陽系最大的行星)的2.5倍重。這顆行星目前位於天蠍座一個古老球狀星團M4的核心,距離地球5600光年。有趣的是,德國天文學家才剛於今年4月20日發表迄今為止最古老的恆星,約在大霹靂之後兩億年就出現了。


這項發現,推翻了以前的一些猜測。首先,位於球狀星團內?過去天文學家多半認為,球狀星團裡不可能有行星存在,因為行星富含重元素(例如碳、鐵、氧等),而球狀星團裡重元素很少,它們很早以前就在宇宙裡形成了,較重的元素早已在恆星的核反應中消耗殆盡;哈伯望遠鏡在1999年觀測杜鵑座47球狀星團時,就沒能找到貼近恆星繞行的「熱木星」型行星(指和木星類似的巨型氣體行星,質量與體積皆大,但密度很低,主要由氣體與冰組成),更支持過去的理論。不過,新的觀測結果顯示,在球狀星團裡,巨量氣體以稍遠距離環繞恆星的例子還不難見到呢。


美國賓州州立大學的西格桑(Steinn Sigurdsson)說︰「哈伯望遠鏡的觀測數據提供了令人興奮的證據,顯示行星在形成過程中只要用到一點重元素,就可以很有效率地形成結實的行星。這也表示行星在宇宙中很早就開始形成了。」由於行星自己不發亮,體積又太小,不易觀察,所以很難估計宇宙之中行星的數量到底有多少。現在知道行星很早就開始形成,在這麼長的時間裡,宇宙中顯然擁有數量頗豐的行星。


其次,位於球狀星團極度擁擠的核心部位?這更是匪夷所思,通常在這種地方,恆星之間的距離相當近,行星系統又是如此脆弱,應該會被鄰近恆星的重力給拉扯開來才對。加拿大卑詩大學的李謝(Harvey Richer)認為,這顆目前已知最遙遠、最古老的行星,竟然在如此不可能的地方出現,顯示行星在球狀星團裡一定很多。


這顆行星的發現要追溯至1988年,當時在M4裡發現了一個名為PSR B1620-26的脈衝星,它是一個中子星,每秒快速旋轉100次,像燈塔一樣發射規律的脈衝波。由於脈衝波太有規律了,不久之後天文學家便找到原因︰這顆中子星與一顆白矮星彼此環繞,每年環繞兩次,才會有非常規律的發射頻率。沒過多久,天文學家又發現這個系統很不尋常,還有第三個物體環繞著它們,但是不知道這個新物體到底是行星、棕矮星或質量很小的恆星。整個1990年代對此爭議不斷。


在這次的報告中,西格桑、李謝和同事用了極度巧妙的方法,量測出這顆行星的真正質量,也平息了上述爭端。他們拿了自1990年代中期以來哈伯所得的精確資料,仔細篩選數據,終於能夠直接測量環繞著脈衝星的白矮星,記錄它的顏色與溫度。接下來用上星體演化模型進行計算,估計出白矮星的質量,然後用這個數據比對脈衝星訊號搖晃的程度,計算出白矮星軌道的偏斜角度,再綜合二者,總算估計出第三星體軌道的偏斜程度,也就能夠計算出質量了。由於質量只有木星的2.5倍,實在太小,不可能是恆星或棕矮星,一定是顆行星。因此,這顆行星環繞著兩個「太陽」,一個是充滿氦氣的白矮星,另一顆則是快速旋轉的中子星,這兩個太陽行徑古怪,而且都快要燃燒殆盡了。


既然是行星,地球人一定很想知道,它上面會不會有生命存在?基本上這顆行星與木星很類似,是個巨型的氣體行星,因此沒有像地球一樣的固體表面。由於它在宇宙的初期就形成了,很可能沒有像是碳或氧之類的元素,也就幾乎不可能孕育生命了。即使它身邊環繞著固體狀的衛星,而衛星上有條件形成生命,但想想這顆衛星環繞著不斷旋轉的脈衝星,就算有生命,八成也無法在強烈的X射線之下存活吧。




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