WD 1856 b是目前唯一經證實的、從類太陽恆星死亡中存活下來的行星案例。它是一顆木星大小的行星，圍繞一顆白矮星運行——白矮星是類太陽恆星燃盡後留下的殘骸。近日，一支天文學家團隊首次藉助詹姆士·韋伯太空望遠鏡對這顆行星進行了近距離觀測，所發現的結果讓這個本已奇特的星系變得更加神秘。
WD 1856 b的發現純屬意外。2020年，天文學家將TESS天文台對準約2000顆白矮星進行觀測。這些恆星是類太陽恆星經歷紅巨星階段後留下的殘骸，最終形成一個地球大小、主要由碳和氧等元素構成的天體。TESS團隊原本在尋找可能從這些死星表面經過的彗星或小行星等小型天體，卻在WD 1856系統中發現了一顆氣態巨行星。
"他們一看到就說，這不對勁。"康奈爾大學理論天體物理學家、近期《自然》雜誌WD 1856 b相關研究的共同作者克里斯多福·奧康納說。
這顆白矮星的體積約為圍繞其運行的氣態巨行星的七分之一。按理說，每當行星從白矮星前方經過時，其亮度應該幾乎降至零，但實際上亮度僅下降約一半。奧康納認為，原因在於這是一次"掠食凌星"——行星盤的邊緣僅僅掃過恆星表面。"這是一個極其罕見的觀測角度，"他說，"但這是解釋我們實際觀測結果的唯一方式。"
更奇特的是，該行星距白矮星僅約0.02天文單位，這與我們對恆星死亡如何重塑星系的認知相悖。奧康納解釋說："恆星膨脹成紅巨星時，會吞噬內層行星。"之後，在收縮成白矮星的過程中，恆星會損失約一半的原始質量，引力因此變弱。"氣態巨行星等外層行星理應向外遷移約兩倍距離，"他說。
然而，WD 1856 b顯然沒有向外遷移，反而離恆星更近了。
這一發現立刻在科學界引發轟動。"這讓理論天體物理學家們陷入了一場思維盛宴，"奧康納說，"當你發現一個完全反常、完全處於錯誤位置、完全超出以往任何認知框架的天體時——那是宇宙在邀請我們發揮創造力。"不過，科學家首先需要更多數據才能展開創造性思考，於是奧康納團隊預約了詹姆士·韋伯太空望遠鏡的觀測時間，對WD 1856系統展開深入研究。
詹姆士·韋伯太空望遠鏡的觀測於2023年4月27日進行，捕捉到了一次僅持續8分鐘的凌星事件。恆星與行星之間懸殊的大小比例，以及特殊的觀測角度，帶來了直接的技術難題。標準的系外行星透射光譜學假設較小的行星完全遮擋在更大恆星的表面，而此處的情況恰恰相反。
為此，團隊開發了新方程，將透射光譜表達為行星與恆星星盤重疊面積隨時間變化的函數。隨後，他們對用於根據韋伯望遠鏡數據重建系外行星大氣層的軟體POSEIDON進行了修改，使其能夠適應掠食凌星的幾何構型（該軟體由研究首席作者瑞安·麥克唐納開發）。數據處理完成後，WD 1856 b的大氣層呈現出一些令人意外的特徵。
研究發現，這顆行星被氣溶膠霧霾所籠罩，大氣層中含有甲烷，且溫度遠超團隊預期。WD 1856 b向太空輻射的能量約為其從正在冷卻的宿主星接收能量的25倍。儘管據奧康納估計，這顆恆星已經"死亡"約60億年，這顆行星卻依然在發光。
奧康納認為，這一異常溫度揭示了WD 1856 b的大量歷史資訊。
"我們預期這顆行星的溫度與木星大致相當，但事實並非如此，"奧康納說。在距離一顆已冷卻60億年的白矮星約0.02天文單位處，WD 1856 b的溫度本應在150至200開爾文之間，接近木星雲頂溫度，實際溫度卻約為400開爾文。"無論是什麼導致這顆行星發光，熱量必定來源於內部，而非僅僅是對恆星輻射能量的再輻射，"奧康納說。
研究團隊認為，這顆行星不可能還在輻射形成之初留存的熱量，某種機制必定在某個時間點對其進行了加熱。團隊通過行星冷卻模型反向推算，估算出加熱事件發生的時間，並由此推斷出WD 1856 b移動至如此近軌道最可能的原因。
團隊最初提出兩種競爭性假說，來解釋WD 1856 b如何進入當前軌道。第一種是"公共包層"模型：行星最初處於近距離軌道，當宿主星膨脹為紅巨星時被吞沒，但在高溫和緊貼殘骸核心的狀態下從恆星包層中存活下來。第二種是"高偏心率遷移"模型：行星起初距離較遠，在伴星天體（WD 1856擁有兩顆遙遠的恆星伴星）的引力擾動下，軌道變得不穩定，隨後經過數十億年、歷經多次高度橢圓形軌道的螺旋式向內運動，最終遷移至當前位置。
這兩種假說的關鍵區別在於時間節點。公共包層演化結束於恆星紅巨星階段終止時，在本案例中約為54億年前；而高偏心率遷移可以在此後數十億年內將行星送入當前軌道。
團隊將行星當前溫度代入冷卻模型進行反向推算，發現再加熱事件最可能發生在紅巨星階段結束後的30億至55億年之間——這一時間對公共包層假說來說太晚了。"我們將行星的溫度解讀為遷移過程中殘留的熱量，"奧康納說，"而且我們認為，從時間節點來看，這只能是通過與伴星之間的引力相互作用實現的。"
不過，這一解釋存在一個值得注意的問題。
計算中使用的冷卻模型是針對類木星大氣成分構建的，其中甲烷約占大氣的0.3%。而在WD 1856 b上，甲烷含量約達7%。由於甲烷是一種效力極強的溫室氣體，這種差異可能對模型的預測結果產生偏差。奧康納表示，可能有必要針對大氣成分更接近WD 1856 b的天體建立新模型，以確保對這顆倖存行星演化過程的理解是準確的。"這需要付出相當專注的努力，"他說。不過，這類努力或許很快就會得到回報。
WD 1856距地球僅約75光年，幾乎可以說是我們的銀河系近鄰。奧康納將這種近距離視為一個暗示——也許還有更多行星在宿主星死亡後存活了下來。"如此近的距離，暗示可能還有很多類似天體等待被發現，"他說。不過，在展開大規模尋找行星倖存者的探索之前，團隊希望先對WD 1856系統進行更詳細的研究。
"我們已經對這個系統進行了額外的詹姆士·韋伯望遠鏡觀測，那是在我們提交這篇論文之後很久才進行的。我們的團隊其實才剛剛開始，"奧康納說。
Q&A
Q1：WD 1856 b是怎麼被發現的？
A：WD 1856 b的發現完全出於意外。2020年，天文學家使用TESS天文台觀測約2000顆白矮星，原本是為了尋找從恆星表面經過的彗星或小行星，結果卻意外發現了這顆氣態巨行星。它是目前唯一經證實的從類太陽恆星死亡中倖存下來的行星。
Q2：WD 1856 b的溫度為什麼比預期高那麼多？
A：按照距離推算，WD 1856 b的溫度本應在150至200開爾文之間，與木星雲頂溫度相近，但實際測量約為400開爾文。研究團隊認為，這些多餘的熱量來自行星內部，很可能是數十億年前行星在引力擾動下向內螺旋遷移過程中產生並殘留的熱量，而非來自宿主白矮星的輻射。
Q3：詹姆士·韋伯太空望遠鏡在觀測WD 1856 b時遇到了哪些技術挑戰？
A：主要挑戰來自兩方面：一是行星比白矮星大得多，傳統透射光譜學假設行星完全遮擋恆星，此處完全不適用；二是觀測角度為掠食凌星，行星只有邊緣部分掃過恆星表面。為此，團隊開發了新方程並改進了POSEIDON軟體，以適應這一特殊的幾何構型。
