7月下旬,有国际科研团队在《自然》刊发重磅观测成果,依托欧洲南方天文台甚大望远镜持续近三年监测,在距离地球73光年的CD-35 2722恒星系统,捕捉到一颗巨型环绕天体的可靠运行信号。
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根据测量信息的计算发现,这颗天体质量约0.9倍木星,换算下来相当于286个地球叠加在一起,轨道周期170天,围绕一颗褐矮星运转,整套系统形成恒星-褐矮星—巨型伴星的三层嵌套结构。
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人类如今已经探明六千多颗系外行星,之前却始终没有任何一颗系外卫星得到最终确认,这次观测是迈向证实“宇宙月亮”的关键一步,也彻底打破了天文学家过往依靠太阳系划分天体的固有标准,给天文分类体系抛出全新难题。
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观测手段:沿用发现系外行星核心方法,捕捉天体微小引力摆动
本次探测没有直接拍摄到这颗巨型天体,而是使用成熟的径向速度法完成信号捕捉,这套技术也是人类首次找到系外行星时使用的核心手段,依靠多普勒光谱偏移原理完成推演。
简单来说,两个天体互相环绕时会产生引力拉扯,大天体不会完全静止,会围绕共同质心出现周期性轻微晃动,当天体朝向地球靠近,光谱偏向蓝色;远离地球时光谱偏向红色,这种规律性色彩偏移,就是存在环绕天体的直接证据。
科研团队从2023年10月到2026年2月,连续26轮观测筛选出23组高质量红外光谱数据,精准锁定褐矮星CD-35 2722 B每170天一次的摆动周期,通过引力公式反推出环绕天体质量接近木星。
过往径向速度法多用于寻找围绕恒星运转的行星,这次首次成功应用在褐矮星伴星体系上,证明这套观测思路完全可以复制推广,未来天文学家能依靠同类手段批量搜寻系外卫星。
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对比凌日法、微引力透镜等探测方式,径向速度法优势在于能精准测算天体真实质量,不会因为天体遮挡光线产生数据偏差,成为验证疑似系外卫星最可靠的工具。
巨大体量引发分类争议:它到底是卫星还是行星?
按照我们熟悉的太阳系规则划分,卫星必然围绕行星运转,就像月球绕地球、木卫三环绕木星,木卫三虽然体积超过水星,但依旧归类为卫星,判断标准是宿主天体身份。
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但CD-35 2722系统完全跳出这套逻辑,这颗286倍地球质量的天体,宿主并非标准行星,而是介于恒星与行星之间的褐矮星。
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褐矮星质量介于13至80倍木星之间,核心只能短暂点燃氘聚变,无法维持氢燃烧,被称作“失败的恒星”,学界至今没有统一规则界定环绕褐矮星的天体该如何命名。
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如果把褐矮星视作围绕恒星运行的行星,那环绕它的巨型天体就能称作系外卫星;但按照行星判定标准,只有直接围绕恒星运转的天体才算行星,但是这颗天体既不绕恒星,宿主又不是标准行星,身份就陷入模糊地带。
这种分类困境并非首次出现,2006年冥王星因为不符合行星标准被降级为矮行星,本质就是人类天文定义跟不上宇宙天体的多样形态。
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该论文研究者爱丽丝·祖洛表示,太阳系只是宇宙极小样本,不能拿太阳系的分类标尺硬套全部恒星系统。
此次发现也倒逼国际天文学联合会完善系外卫星判定细则,区分环绕行星、褐矮星两类不同宿主的天体。
三层天体系统颠覆宇宙形成认知,同类罕见结构参考
在此之前,人类观测到的天体系统大多是恒星搭配行星的两层结构,三层嵌套的稳定系统十分稀有。CD-35 2722恒星先束缚褐矮星,褐矮星再束缚近木星级巨型天体,引力平衡维持上亿年稳定运行,推翻了过去“大质量天体难以形成次级环绕结构”的固有推论。
建模过程中科研团队还测算,系统若存在两颗环绕天体,轨道会快速紊乱碰撞,因此确定只有单一天体稳定存在,和木星系统多颗卫星共存的模式形成鲜明对比。
放眼太阳系就能直观对比差距,木星拥有几十颗卫星,最大的木卫三质量仅为木星的2.5%,而本次疑似系外卫星质量达到宿主褐矮星的2.5%,体量差距大幅缩小,引力相互作用强度远超太阳系行星与卫星。
类似特殊层级系统还有距离地球40光年的褐矮星双星系统,但两颗天体质量接近,不存在次级环绕天体,无法和本次发现形成对照。该系统的存在证明,星云尘埃盘演化过程中,不仅能诞生恒星与行星,还能在亚恒星周边凝聚出巨型气态天体,完善了人类对星系星云演化全过程的理解。
观测的长远价值:推开系外卫星探索大门,拓宽地外生命研究边界
长久以来,系外卫星一直是天文观测的空白领域,学界推测大量系外行星都会自带卫星,部分卫星处于恒星宜居带内,拥有液态水存在的条件,是搜寻地外生命的重要目标,但始终缺少可靠观测证据。
本次探测验证径向速度法搜寻系外卫星的可行性,后续各国大型望远镜会针对性开展巡天项目,批量筛查邻近恒星系统的引力摆动信号,有望在数年内确认真正围绕行星运转的标准系外卫星。
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同时这颗286倍地球质量的巨型天体,也刷新了人类对卫星体量的认知,打破“卫星一定远小于行星”的刻板印象。在气候、大气演化、天体引力潮汐等研究方向,该系统提供全新观测样本,帮助天文学家推演不同于太阳系的天体演化路径。
目前这一结论仍需更多天文台交叉观测验证,只有多设备捕捉到相同周期性光谱信号,才能正式宣告人类找到首颗确认的系外卫星,而这份来自73光年外的观测数据,已经为整片全新天文研究领域拉开序幕。
消息来源:光明网7月27日报道《研究称可能发现太阳系外“类月”天体,此次观测是迈向发现系外卫星的重要一环》
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