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古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

与我们人类的时间概念相比,地球十分古老:忽略几千万年的误差,地球已经存在了45亿年。太阳形成更早一些,现已46亿年高龄。

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

地球与太阳

有些恒星比我们的太阳更古老,它们也有行星吗?

当然了!最近发现的一个行星系十分古老,年龄超过太阳系的两倍。这个行星系的存在就令人惊讶,并且它告诉了我们更多关于寻找地外生命的信息。

这颗恒星叫TOI-561,是距我们280光年的K型矮星(比太阳更小更冷一点)。用天文的距离规模来看,它离我们很近。

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

箭头所指的恒星TOI-561已存在100亿年,至少有三颗行星围绕

这颗恒星最初被TESS(凌星系外行星巡天卫星)发现,一同被观测到的还有它的三颗行星。TESS通过行星凌星法(transit method)监测到行星的大小,又使用地表观测装置通过反应速度法(reflex velocity method)计算行星的重量。从这些信息可以推导出行星的密度,并有根据地猜测它们的物质组成。

这些行星…挺奇怪的。

最靠近恒星的行星名为TOI-561b,直径约为地球的1.5倍,质量为地球的3倍。这使得它的密度恰恰与地球相似,所以它很可能像地球一样有着稠密的铁内核和岩石层。但在其他方面它并不像地球。它拥有所谓的超短周期,绕恒星一周不到11小时,对,是用小时来计算的。

TOI-561b的周期使得它离恒星表面仅一百万公里,刚超过其恒星的直径。这意味着TOI-561b的恒星会遮住它大半个天空,造成TOI-561b极热,表面温度高达2200摄氏度(4000华氏度)。这个温度可以熔化…基本上任何东西。如果TOI-561的地表是岩石层,那称它们为熔岩或许更加准确。

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

古老的超级地球幻想图,旋转轨道距其恒星极近

第二颗行星直径是地球的3倍,质量为地球的7倍。尽管它的大小只有海王星这颗冰巨人的一半,密度却和它颇为相近。这颗行星的公转周期为11天,所以温度仍然比我们的金星高。

第三颗行星大小在另外两个中间,宽度约是地球的2.3倍。通过观测我们难以确定它的质量,但它有可能是一个低密度的气态巨星。这颗行星的轨道周期也很短,距恒星1600万公里围绕一周大约用时16天。这仍然比水星离太阳近多了。

所以这三个行星都非常热,并且极端不宜居。

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

TOI-561和它的行星示意图

但它们都存在的这个事实令人啧啧称奇。这是为什么呢?

因为它们的恒星非常古老。

一颗恒星的年龄很难判定,但是TOI-561属于被我们称作为“厚盘”的恒星。银河系是一个扁平的螺旋状星系,由一盘直径约为12万光年的恒星们组成。银河系其实有两个盘,其中一个“厚盘”包裹着一个“薄盘”。“薄盘”中有许多朝气蓬勃的年轻恒星,而“厚盘”中的年迈恒星平均年龄为110亿年。

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

银河系示意图,红圈中为薄盘,蓝圈中为厚盘

除此之外,年迈的恒星所含重金属常常很少。在宇宙形成之初,只有氢和氦两种元素(还有少量的锂)。随着时间推移,恒星通过内部的核聚变产生重金属元素,并在寿终正寝之时将它们排进太空。经过重金属在气体云中数十亿年的积累,他们逐渐变成了下一代恒星的原料。

这就导致了年轻的恒星有很多重金属元素。TOI-561并不具备这个特征,所以我们估测他的年龄至少为100亿年--太阳的两倍,的确是一颗年老恒星了。

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

超热的类地行星艺术图,轨道与其恒星极其接近,以至行星表面熔化

这是一件很神奇的事。我们之前认为缺少重金属会使恒星更难拴住行星,尤其是像地球一样的多岩石多金属行星。宇宙诞生之初的行星可没有现在这么多。但TOI-561坐拥的行星却与地球密度相似,意味着这颗TOI-561b的组成也与地球相近。

目前的行星形成模型并没有把这个选项排除在外,不过当年TOI-561b的形成过程应该十分坎坷。但模型是一回事,现实观测又是另一回事。既然这些行星们现今都存在,那么存在即合理。

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

TOI-561与其恒星

有趣的地方来了。在地球形成几亿年后、冷却到可以让液态水存在时,地球上的生命就开始诞生。既然生命须臾间便形成,那说明生命很普遍(特别是“简单”的生命,例如微生物之类)。智慧生物则较为稀缺,形成过程也更加复杂。当然这与行星的年龄息息相关…而TOI-561的行星都年岁已高。

换句话说,宇宙中比地球年长数十亿年的行星并不少见。尽管我们最近观测到的TOI-561行星们不适合生存,但仍有许多我们没发现的行星可能存在生命。毕竟银河系中还有数十亿年迈的恒星!

如果这些古老行星上有过生命,这些生命比我们早出现好几十亿年。如果真是这样—他们现在在哪里呢?

古老的恒星,古老的行星...和古老的生命?

或许存在的外星生命究竟在哪里

或许生命只在一段限定的时间出现,后期因为其恒星的温度升高消逝。或许生命本身比我们想象得更稀少。或许“任何智慧生命都会出来探索银河系”这个想法某种程度上就是错误的。或许这些生命已经自我毁灭(我以前并不认为这是一种可能性,但现在还有什么事情能叫人奇怪呢…)或许,或许…

我认为这个关于生命的问题十分值得追寻。我们现在才刚开始用各种数据填补于公式的空白之中。地球之外还有生命吗?那智慧生命呢?我们似乎常常前进一步又回撤一点。但这仍是一种进步。只要发现更多的行星,我们就离答案更近一步。

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