生命在100亿年前就可能出现了?宇宙一样古老的超级地球被发现
迄今为止,科学家们已经发现了超过4000颗系外行星,其中不乏有体积、质量和我们相似的超级地球。但是,最近发现的超级地球,还是令科学家们啧啧称奇。
TOI-561
在距离我们280光年的位置,有一颗名为TOI-561的恒星。它在光谱学上的分类为K型主序星,也就是通常所说的橙矮星。这样的恒星略小于太阳所属的黄矮星,TOI-561也不例外,半径是太阳的83.2%,质量是太阳的80.5%,表面温度也比太阳低,大约是5326K。
总体来说,TOI-561和太阳还是比较接近的,但二者还是有一个非常明显的区别的,那就是年龄。观测结果表明,TOI-561在大约100亿年前就已经诞生了!迄今为止,它的年龄甚至已经超过了理论上太阳的寿命。这意味着,它是现今银河系中最古老的一种恒星,几乎和宇宙一样古老。
不仅如此,它还拥有着宇宙最古老的行星系统。迄今为止,科学家已经在它的周围发现了3颗行星,而这3颗行星和它一样,也是一大把年纪了。
这3颗行星被命名为TOI-561 b、TOI-561 c和TOI-561 d,是由NASA的凌日外行星勘测卫星(TESS)发现的。TESS是在2018年发射升空的太空望远镜,专注于通过系外行星的凌日现象来发现它们。当它们路过宿主恒星的时候,会导致宿主恒星的光芒出现规律性的变化,TESS就能够发现它们。
3颗系外行星
不仅如此,在发现系外行星后,科学家们还能够对它们的公转周期、尺寸等属性进行观测和分析。
TOI-561 d:是3颗行星中最外侧的一个,公转周期16.3个地球日,半径是地球的2.3倍左右;
TOI-561 c:位于中间,公转周期为10.8个地球日,半径约为地球的2.9倍;
TOI-561 b:是最内侧的一颗,只需10.5个小时就能公转一圈,半径是地球的1.45倍。
除此之外,科学家们还能用径向速度法来计算三颗行星的质量。我们知道,当行星运行到不同位置时,它的引力会对宿主恒星产生非常轻微的拖动,使其偏离原来的位置。这个偏离幅度微乎其微,但人类的探测器却能够通过其光谱变化观测到。通过恒星光谱变化的幅度,再加上恒星本身的质量,就能够计算出行星的质量。
计算结果表明:TOI-561b的质量大约是地球的3倍,考虑到它1.45倍地球半径的尺寸,可以计算出它的密度大约是每立方厘米5克,相当于地球的90%。这意味着,它是一颗岩石行星,而且它的尺寸也让它足以被称为超级地球。
加州大学河滨分校的行星天体物理学家Stephen Kane说:“这还是有点意外的,因为你原本预期能看到更高的密度,而这颗行星的现状就与极其古老的行星概念相匹配了。”
最古老的行星
具体来说,一颗行星想要有更高的密度,意味着它需要有更多的重元素,比如铁、镍等元素。比如地球,就有一个铁和镍构成的核心。
不过,这些重的元素不是宇宙诞生时就有的,而是需要通过超新星爆发才能产生的。通过这种宇宙极端事件,轻的元素才能聚变成重元素,被释放到宇宙空间,然后再形成新的天体。因此,在宇宙刚刚诞生的几十亿年时间里,当超新星爆发的数量还没有特别多时,那些古老的天体本来就不应该有太多重元素。
TOI-561就是这样,科学家通过光谱学发现,它所含有的重元素就非常少。而和这样古老的恒星一同形成的古老行星,因为原材料相同,也应该只含有非常少的重元素,TOI-561 b如今证明了这一点。
之前还有一项研究指出:一颗岩石行星的金属元素(天文学上除了氢和氦以外的所有元素都叫金属元素)有一个下限,低于这个临界值就无法形成岩石行星。这是因为恒星在形成之后会向外释放辐射,这些较重的元素不容易被恒星风吹走,所以才有机会留在原地并且形成岩石行星。
而TOI-561 b这样重元素比例较低的行星,则可以帮助我们确定这个临界值,还能帮助我们进一步去寻找更多古老的行星。同时,TOI-561 b的发现,也告诉我们系外岩石行星可以拥有很长的寿命。
夏威夷大学的天文学家Lauren Weiss告诉我们:“TOI-561 b是人类发现过最古老的岩石行星之一,它的存在告诉我们,自从近140亿年前宇宙诞生开始,它就在制造岩石行星。”
100亿年前的生命?
那么,拥有100亿年光阴的TOI-561 b,是否在漫长的岁月里孕育了生命呢?
对于这一点,科学家还是比较悲观的。TOI-561 b距离宿主恒星实在太近了,以至于它已经被潮汐锁定了。尤其是在永久朝向宿主恒星的那一侧,表面温度可能已经达到了2480K,连钢铁都会融化,其表面会有永久存在的岩浆海洋流动,非常恐怖。这样的气候,是不可能孕育生命的。
但这并不是一个绝对悲观的消息,正如Kane说的那样:“尽管这颗独特的行星如今很可能并不宜居,但它或许预示着银河系最古老的恒星周围还有大量岩石世界等着我们去发现。”
要知道,虽然地球已经形成了45亿年,并且在大约39亿年前就有第一个单细胞生物出现了,但是第一个复杂生物很可能直到5亿多年前才出现。我们期待寻找地外生命,但更希望是复杂生物,而不仅仅是单细胞生物。因此,这就需要行星和它所在的系统提供足够长的时间和足够稳定的环境。
TOI-561 b上的生命希望已经破灭,不过它暗示我们宇宙中可能还有大量像它一样古老的行星,那些行星在100亿年的岁月里,很可能就孕育了生命。TOI-561 b就像是黑暗之中的一盏灯,给我们指明了方向。沿着它所指的方向前进,我们或许就能接近想要寻找的答案。