3100万光年！科学家发现其他星系的系外行星，是怎么做到的？
在太阳系中，一共有8颗行星。其中6颗是从人类出现后就认识到的，而第7颗行星天王星是1781年由英国天文学家赫歇尔通过望远镜发现的，第8颗行星海王星则是通过计算轨道而推测出来的。
太阳是银河系中非常普通的一颗恒星，几乎没有特殊之处，像太阳这样有行星围绕的恒星比比皆是。然而，太阳系内的2颗冰巨星尚且是人类在仅仅200多年前才发现的，更不用说系外行星了。
（图片说明：太阳系行星）
好在，凭借着巧妙的方法和强大的观测设备，科学家如今还是发现了超过4000颗系外行星。其中最近的就是比邻星的行星比邻星b，最远的甚至在几万光年外。很容易理解，就算技术再巧妙、设备再先进，也是越近的行星越容易被发现。
不过，最近的一项发现，让全世界都为之震惊。此前最多在几万光年外发现系外行星的科学家，竟然一下子发现了一颗3100万光年远的系外行星！这个距离的倍数增加，实在是令人瞠目结舌！
我们知道，银河系的半径也就只有5-10万光年，可见这么遥远的系外行星，必然是位于其他星系中。它所在的星系，叫做M 51。
（图片说明：哈勃望远镜拍摄的M 51）
M 51又叫涡状星系、NGC 5194，距离我们大约3100万光年，是一个非常著名的旋涡状星系，尤其是上面这张由哈勃望远镜拍摄的照片，也是天文学界最经典的照片之一。这一次发现了系外行星，它就更加著名了。
那么，科学家到底是怎样发现的呢？
原来，早在2018年的时候，哈佛大学和史密森尼天体物理学中心的Rosanne Di Stefano和她的同事就已经发现这里可能存在行星了。当时他们在M 51中发现了一对X射线双星。所谓的X射线双星，指的是两颗非常接近的恒星，其中一颗不断掠夺另一颗恒星的物质，据为己有，并且在这个过程中释放出X射线。
（图片说明：X射线双星）
X射线双星中吞噬物质的那一颗通常是致密星，比如中子星或者是黑洞。不过，这种双星系统中的X射线并不总是非常强烈，所以观测起来也具备一定的难度。
正如Di Stefano所介绍的那样，他们并不知道这样的X射线双星系统中是否真的可能存在系外行星，但是他们认为，在这里寻找系外行星是很有可能有所收获的。
为此，他们利用了当今世界上最强大的两台X射线望远镜——钱德拉X射线天文台和XMM-牛顿卫星，对涡状星系（M 51）、风车星系（M 101）和草帽星系（M 104）这三个星系进行了观测。在这些星系中，他们一共发现了2624条X射线双星的迹象。
（图片说明：草帽星系）
接下来，他们在这些X射线双星系统中寻找可能的系外行星。结果发现，其中只有一个系统的信号符合他们的预期。这个系统名叫名为M51-ULS-1，其中包含一颗致密星（不清楚是中子星还是黑洞）以及一颗非常巨大的伴星，据推测很可能是一颗B型恒星。
那么，是什么信号让他们认为这是一颗系外行星呢？
这就是科学家经常用来寻找系外行星的方法之一——凌日法。就是当一颗行星运行到宿主恒星和地球之间的时候，会遮挡住宿主恒星的一部分光。在M51-ULS-1中，他们就发现了一次亮度的下降，如下图所示。
（图片说明：名为M51-ULS-1的亮度变化，中间有一个明显的低谷）
在绝大部分时间里，这个系统的亮度都保持着相对稳定的状态，只有其中3个小时有所减弱。而且在这个低谷的两侧，M51-ULS-1的亮度也是一致的，可见这个亮度变化来自外部因素，而非这两个天体本身。
接下来，研究人员需要确定到底是什么外部因素导致了这次亮度的变化。在对褐矮星、其他小的恒星以及气体云（这个可能性最高）等因素分别进行了推测和排除之后，他们得出结论：上述原因都不符合观测结果，最有可能的就是一颗系外行星！
他们推测：这颗行星的体积应该和土星差不多大，在距离双星系统几十个天文单位（1天文单位约合1.5亿公里）的位置上公转。
（图片说明：M51-ULS-1发生凌日现象之前和期间的图片）
这个发现太惊人了，因为M 51星系距离我们确实非常遥远，大约有3100万光年。要知道，此前我们发现的都是银河系内的系外行星，距离最多只有几万光年，如今这个发现将人类发现系外行星的最远纪录一下子提升了1000多倍！
Di Stefano在描述自己团队的发现时说：“这种激动的心情是一点点出现的。一开始，我们只是觉得有这样令人期待的可能性，但太多因素让我们保持小心谨慎。我们不得不仔细地考虑所有的可能性，并对多种不同的方面进行彻底的分析，而每一个方面都将其他可能性排除在外，并与行星的解释相一致。”
按照惯例，他们将这颗系外行星命名为M51-ULS-1b。
（图片说明：M51-ULS-1b假想图）
和其他的系外行星一样，M51-ULS-1b目前也只是系外行星的候选者之一，需要未来更多观测的确认。比如我们对它的凌日现象进行多次观测，确认这种亮度的减弱具有规律性，证明的确是稳定公转的行星导致了我们观测到的亮度变化。
在这些系外行星候选者中，M51-ULS-1b比较特殊，因为它不太可能会被确认。我们刚才说了，它和宿主恒星之间的距离达到了几十个天文单位，所以公转周期也非常长。如果我们想要确定它的公转导致亮度变化的规律性，那么至少要再等两次凌日现象，这个时间太久了，短时间内是无法得到确认的。
不过，对于这颗行星的真实性，Di Stefano本人还是非常有信心的。她认为，至少从目前所有的数据来看，都符合一颗系外行星存在的特征。
未来，研究人员希望对银河系内或者是其他星系中的其他X射线双星进行类似的观测，寻找类似的特征，或许有助于证明这颗行星的真实存在。而且，既然科学家已经成功地进行过一次观测了，下一次取得类似的发现，应该只是时间的问题了。