一颗"死里逃生"的木星，它是如何躲过恒星死亡的?

大多数恒星，包括我们的太阳，终将演化成红巨星，再进一步坍缩成一颗白矮星。在这个过程中，恒星周围的行星大多难逃被吞噬或被"甩飞"的命运。但天文学家发现，有一颗木星大小的行星，似乎顽强地在白矮星身边活了下来，而且活得"很不正常"。

最近，一个国际团队用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）首次给这颗行星"体检"，结果让这个本就诡异的系统变得更加离奇。

01

—一个意外的发现

WD 1856 b 的发现纯属意外。2020 年，天文学家用 TESS（凌日系外行星巡天卫星）对大约 2000 颗白矮星进行观测。白矮星是太阳这类恒星演化到生命尽头后留下的残骸，它们已经经历过红巨星阶段的膨胀，最终坍缩成一个地球大小、主要由碳和氧组成的致密天体。TESS 团队原本只是想在这些"恒星尸体"周围找一些小天体，比如彗星或小行星凌星的信号。

结果，他们在 WD 1856 系统里发现的，是一颗气态巨行星。

图源：NASA/ESA

"他们一看到这个信号就说，好家伙，这也太奇怪了。"论文合著者、康奈尔大学理论天体物理学家 Christopher O'Connor 说。

这颗白矮星的体积，比绕着它转的这颗气态巨行星要小七倍左右。按理说，行星每次从白矮星前方经过时，恒星的亮度应该几乎完全被遮挡；但实际观测到的凌星深度只下降了大约一半。O'Connor 认为，原因是一次"掠食性凌星"（grazing transit），行星只是用自己圆盘的边缘，擦过了白矮星的边缘。"这是一个非常小概率的观测角度，"他说，"但这是唯一能解释我们看到的现象的方式。"

更让人费解的是，这颗行星目前的轨道半径只有约 0.02 天文单位（合每 1.4 天绕转一圈），这完全违背了我们对"恒星死亡如何重塑行星系统"的常规认知。"当恒星膨胀成红巨星时，它会吞掉内侧的行星，"O'Connor 解释道。而在坍缩成白矮星的过程中，恒星会损失大约一半的质量，引力随之减弱，"外侧的气态巨行星理论上应该向外迁移，轨道半径大约扩大一倍。"

但 WD 1856 b 并没有向外迁移，它反而离恒星更近了。

这个发现一经公布，立刻在学界掀起了轩然大波。"这一下子把理论天体物理学家们都'点燃'了，"O'Connor 说，"当你发现一个东西完全反常、完全不该出现在那个位置、完全无法用以往的理论框架解释时，那正是宇宙在邀请你放开思路去想象。"

不过，在"放飞想象"之前，科学家们首先需要更多的数据。于是，O'Connor 所在的团队申请了詹姆斯·韦布空间望远镜的观测时间，准备近距离看看WD 1856 系统里究竟发生了什么。

02

—八分钟的光

这次观测的视角和恒星与行星之间悬殊的尺寸差异，给数据分析带来了一个棘手的技术难题：传统的系外行星透射光谱方法，默认较小的行星会完整地投影在更大恒星的圆面上，形成一个规规矩矩的"剪影"。但WD 1856 系统显然不是这种情况。

为了解决这个问题，研究团队重新推导了一套数学表达式，把透射光谱表示为行星圆面与恒星圆面之间"随时间变化的重叠面积"。随后，他们对 POSEIDON（一款用于根据 JWST 数据重建系外行星大气的开源反演软件，由论文第一作者 Ryan MacDonald 开发）进行了改造，使其能够处理这种"掠食性凌星"的几何构型，并同时考虑行星"夜面"热辐射对凌星深度的污染效应。

经过一番复杂的数值计算，WD 1856 b的大气成分浮出水面，结果颇为出人意料：

大气中探测到烃类物质，尤其是甲烷（CH₄），置信度达到约4σ，是主要贡献者（甲烷丰度约 2%–20%，中位值约 7%），对应约100倍太阳金属丰度的碳元素富集；

大气中存在气溶胶/雾霾，置信度约5σ量级，导致短波方向散射斜率明显增强；

最关键的是探测到了极强的"夜面"热辐射信号（置信度高达十几个 σ），这意味着这颗行星本身在发光发热。

而且，这颗行星的温度，远远超出了研究团队的预期。据测算，WD 1856 b 向外辐射的能量，大约是它从这颗"熄灭"了的恒星那里接收到的能量的 25 倍。要知道，按照白矮星的冷却年龄推算，这颗恒星"死去"已经大约 60 亿年了，可这颗行星依然在发着微光。

这种反常的高温，在 O'Connor 看来，恰恰揭示了 WD 1856 b 不为人知的过往。

03

—高烧不退

"我们原本以为这颗行星大概会和木星差不多热，但结果并非如此。"O'Connor 说。按照白矮星已经冷却了约 54 亿年、行星轨道半径只有 0.02 天文单位来计算，WD 1856 b 的理论平衡温度应该在 150–200 开尔文之间，和木星云顶的温度相当。可实际测得的有效温度却高达约 390–412 开尔文（中心值约 400 K）。"不管是什么原因让这颗行星发光发热，它一定是来自内部产生的热量，而不只是单纯反射恒星的能量。"O'Connor 说。

研究团队排除了这颗行星单纯依靠"形成之初残余热量"的可能性——按照这个质量（反演得到的行星质量为 4.3–10.9 倍木星质量），经过近百亿年的被动冷却，它早该"冷"下来了。氘聚变、潮汐加热等常见的内部能量来源，也都因质量或轨道构型不匹配而被逐一排除。也就是说，这颗行星必定在历史上的某个时刻被"重新加热"过一次。

研究团队利用亚恒星天体的理论冷却模型，把这颗行星的当前温度"倒推"回去，试图找出这次"加热事件"究竟发生在什么时候。而这个时间点，恰恰能帮助他们判断，WD 1856 b 究竟是通过哪种方式，最终落到了如今这个"贴身"轨道上。

关于这一点，团队原本提出了两种相互竞争的理论假设：

共同包层演化（common-envelope evolution）：行星原本就处在较近的轨道上，在恒星膨胀成红巨星、把行星"包裹"进恒星外层大气时侥幸survived，并伴随恒星外层被抛射，最终"钻出"恒星包层，紧贴着裸露的恒星核（即如今的白矮星）残留下来。这个过程理应发生在红巨星阶段（即渐近巨星支，AGB 阶段）结束前后。

高偏心率迁移（high-eccentricity migration）：行星原本处在更远的轨道上，由于与该系统中另外两颗遥远的伴星发生引力扰动，轨道偏心率被不断"搅乱"，行星随后经历了漫长的、跌宕起伏的近距离掠过—潮汐耗散—轨道圆化的过程，历经数十亿年才逐渐迁移到目前的位置。

这两种情景在时间线上有一个关键区别：共同包层演化必然发生在红巨星阶段（AGB 阶段）刚刚结束的那个时间点附近——对 WD 1856 而言，大约是 54 亿年前；而高偏心率迁移则可能发生在白矮星形成之后的任意时刻，时间跨度可以长达数十亿年。

把行星当前的温度代入冷却模型反推，研究团队发现：这次"重新加热"事件，发生在恒星红巨星阶段结束之后的 30 亿至 55 亿年之间（具体而言，两种独立数据处理流程分别给出约 4.2 Gyr 和 4.6 Gyr 的中心估计值），这个时间点，已经远远晚于共同包层演化所允许的窗口。

"我们认为，这颗行星现在的温度，是它当年迁移过程中残留下来的热量，"O'Connor 说，"而根据时间推算，这种升温只可能来自与伴星之间的引力相互作用，也就是高偏心率迁移。"

不过，这个结论也有一个需要正视的"但是"。

04

—寻找幸存者

用来做温度反推的冷却模型，原本是为"木星式"大气成分的天体设计的，在那类模型里，甲烷大约只占大气的 0.3%。而 WD 1856 b 大气中的甲烷含量却高达约 7%，是常规木星型行星的二十多倍。由于甲烷是一种非常强效的温室气体，这种成分上的巨大差异，有可能会让现有冷却模型给出的结果产生系统性偏差。

O'Connor 表示，想要真正搞清楚这颗"幸存行星"的演化历史，可能还需要专门针对 WD 1856 b 这种富碳、高金属丰度大气的天体，重新构建一套冷却模型。"这将是一项相当艰巨的工作。"他说。不过，这样的努力或许很快就会有所回报。

WD 1856 距离地球只有约 75 光年，在宇宙尺度上几乎是我们的"邻居"。这种超近的距离，在 O'Connor 看来本身就是一个信号："能在离我们这么近的地方发现一个这样的天体，恰恰暗示着，宇宙中可能还有大量类似的'恒星死亡幸存者'等待被发现。"

而在展开更大范围的搜索之前，研究团队首先想把WD 1856这个系统本身研究得更透彻。

"我们其实已经对这个系统做了新一轮的JWST观测，是在这篇论文提交之后很久才进行的。"O'Connor 说，"可以说，我们的研究才刚刚开始。"

参考

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10514-7