天文学家已经找到了证据,证明可能存在一颗质量约为月球一半的行星,围绕脉冲星 PSR J0337+1715 运行——这将使其成为我们在太阳系外探测到的质量最小的行星。脉冲星和围绕它运行的天体已经是我们所知道的最极端和最非凡的天体之一,因此任何潜在的行星都必须经历一段非凡的生存之旅。
我们知道有数千颗脉冲星——快速旋转的中子星,发射无线电波脉冲——但到目前为止,PSR J0337+1715 是独一无二的,使其成为爱因斯坦的广义相对论。中子星本身相当正常,但在死星版本中被两颗白矮星锁定在轨道上。
然而,CNRS 的 Guillaume Voisin 博士怀疑该系统中存在第四个元素,即一颗影响 J0337+1715 脉冲间隔的小行星。现在,沃赞和合著者表示,他们有更多证据证明它的存在,其质量估计约为月球的一半。
尽管广义相对论被认为是爱因斯坦的最高成就,但它与,带领物理学家进行长期探索,以调和我们对极大和极小的理解。人们已经提出了广义相对论的多种替代方案,这些方案在大多数情况下会产生难以区分的结果,但在极端情况下会有所不同。
这使得恒星系统的强度足以作为广义相对论及其竞争对手的测试实验室,需求量很大,而 J0337+1715 及其两个矮星被认为是最好的实验室之一。
爱因斯坦所依赖的原理之一是伽利略在几个世纪前建立的,它指出真空中的物体以相同的速度下落,无论其质量如何。 J0337+1715 的运动可以非常精确地测量,因为它们会影响我们接收其无线电脉冲的时间。
这颗脉冲星与一颗白矮星锁定在 1.6 天的轨道上,并且每 327 天它们都会被另一颗白矮星绕行。它们的相互作用使我们能够测量脉冲星和内部白矮星是否对更远的矮星的引力做出相同的反应,正如爱因斯坦和伽利略所预测的那样,或者它们的不同质量是否导致它们的加速度不同。 J0337+1715 是一个有帮助的,其信号每秒到达 366 次。
到目前为止,广义相对论,导致物理学家得出结论,与相等加速度的任何偏差必须小于百万分之二。其他包含脉冲星的三系统要宽得多,因此无法以相同的精度进行测试。
此类测试所需的详细观察还提供了大量可以以其他方式分析的数据。2020年Voisin 及其同事提出,数据中的明显模式可能是由大约 3,000 天轨道上的一个非常轻的物体引起的。然而,他们也认为他们所看到的可能是“脉冲星发射机制固有的红噪声过程”。
通过四年多的数据,该团队报告称信号是预期不确定性的两倍。他们认为这排除了一种红噪声。另一种类型,可能是由中子星内部变化引起的,仍然是可能的。然而,它需要比我们在其他脉冲星中看到的大得多。
这使得低质量天体成为最有可能的解释,尽管作者表示只有更长的观察期才能确定地解决这个问题。
第一批在太阳系外发现的行星,这还要归功于它们的引力对脉冲星信号的影响。然而,一颗行星要在形成脉冲星的超新星爆炸中幸存下来而不被吹入深空并不容易。仅有的五脉冲星系统是,它们都不是毫秒脉冲星。
对于一颗行星来说,能够在这样的事件中幸存下来,同时又在一个曾经拥有三个太阳(所有太阳都经历过红巨星膨胀阶段)的系统固有的复杂性中航行,这是特别了不起的。或者,它可能是最近由这些极端事件中产生的碎片形成的。
如果这颗行星存在,研究人员计算出它的质量约为地球质量的 0.4%,他们指出确实如此; “根据太阳系外行星百科全书,这可能是迄今为止最轻的系外行星。”坐在之间的质量间隙和水星,它可能会重新引发关于行星意味着什么的问题。它的轨道将持续大约八年,并且轨道高度拉长,并且与系统中较大物体的平面形成陡峭的角度。
该研究已在期刊上公开发表天文学和天体物理学