天文學家已經找到了證據,證明可能存在一顆質量約為月球一半的行星,圍繞著脈衝星 PSR J0337+1715 運行——這將使其成為我們在太陽系外探測到的質量最小的行星。脈衝星和圍繞它運行的天體已經是我們所知道的最極端和最非凡的天體之一,因此任何潛在的行星都必須經歷非凡的生存之旅。
我們知道有數千顆脈衝星——快速旋轉的中子星,發射無線電波脈衝——但到目前為止,PSR J0337+1715 是獨一無二的,使其成為愛因斯坦的廣義相對論。中子星本身相當正常,但在死星版本中被兩顆白矮星鎖定在軌道上。
然而,CNRS 的 Guillaume Voisin 博士懷疑該系統中存在第四個元素,即影響 J0337+1715 脈衝間隔的小行星。現在,沃贊和合著者表示,他們有更多證據證明它的存在,其質量估計約為月球的一半。
儘管廣義相對論被認為是愛因斯坦的最高成就,但它與,帶領物理學家進行長期探索,以調和我們對極大和極小的理解。人們已經提出了廣義相對論的多種替代方案,這些方案在大多數情況下會產生難以區分的結果,但在極端情況下會有所不同。
這使得恆星系統的強度足以作為廣義相對論及其競爭對手的測試實驗室,需求量很大,而 J0337+1715 及其兩個矮星被認為是最好的實驗室之一。
愛因斯坦所依賴的原則之一是伽利略在幾個世紀前建立的,它指出真空中的物體以相同的速度下落,無論其質量如何。 J0337+1715 的運動可以非常精確地測量,因為它們會影響我們接收其無線電脈衝的時間。
這顆脈衝星與一顆白矮星鎖定在 1.6 天的軌道上,每 327 天它們都會被另一顆白矮星繞行。它們的相互作用使我們能夠測量脈衝星和內部白矮星是否對更遠的矮星的引力做出相同的反應,正如愛因斯坦和伽利略所預測的那樣,或者它們的不同質量是否導致它們的加速度不同。 J0337+1715 是一個有幫助的,其訊號每秒到達 366 次。
到目前為止,廣義相對論,導致物理學家得出結論,與相等加速度的任何偏差必須小於百萬分之二。其他包含脈衝星的三個系統要寬得多,因此無法以相同的精度進行測試。
此類測試所需的詳細觀察也提供了大量可以以其他方式分析的數據。2020年Voisin 及其同事提出,數據中的明顯模式可能是由大約 3,000 天軌道上的一個非常輕的物體引起的。然而,他們也認為他們所看到的可能是「脈衝星發射機制固有的紅噪音過程」。
透過四年多的數據,該團隊報告訊號是預期不確定性的兩倍。他們認為這排除了一种红噪音。另一種類型,可能是由中子星內部變化引起的,仍然是可能的。然而,它需要比我們在其他脈衝星中看到的大得多。
這使得低品質天體成為最有可能的解釋,儘管作者表示只有更長的觀察期才能確定地解決這個問題。
第一批在太陽系外發現的行星,這也要歸功於它們的引力對脈衝星訊號的影響。然而,一顆行星要在形成脈衝星的超新星爆炸中倖存下來而不被吹入深空並不容易。僅有的五脈衝星系統是,它們都不是毫秒脈衝星。
對於一顆行星來說,能夠在這樣的事件中倖存下來,同時又在一個曾經擁有三個太陽(所有太陽都經歷過紅巨星膨脹階段)的系統固有的複雜性中航行,這是特別了不起的。或者,它可能是最近由這些極端事件中產生的碎片形成的。
如果這顆行星存在,研究人員計算出它的質量約為地球質量的 0.4%,他們指出確實如此; “根據太陽系外行星百科全書,這可能是迄今為止最輕的系外行星。”坐在之間的質量間隙和水星,它可能會重新引發關於行星意味著什麼的問題。它的軌道將持續約八年,並且軌道高度拉長,並且與系統中較大物體的平面形成陡峭的角度。
該研究已在期刊上公開發表天文學和天文物理學