“三体”那儿又有情况！潜在行星首次暴露？

镜花水月

半人马座α星（Alpha Centauri）是南半球夜空中最亮的恒星之一，中国人祖先称其为南门二。被科幻迷津津乐道的“三体人”老家在比邻星——离太阳最近的恒星——事实上是半人马座α系统最小最暗的一颗伴星。让人意外的是，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）近期提供了一份强有力的证据，表明不仅仅比邻星拥有行星，就连半人马座α星也有一颗行星。

半人马座α（南门二）在天空中的位置（来源：Y. Beletsky (LCO)/ESO）

三个恒星相互绕转，形成复杂的引力关系，这就是天文学上所说的“三体问题”，是宇宙中最平常不过的现象之一。半人马座α就是这样一个系统。其最主要的是一颗略大于太阳的G型主序星半人马座αA和一颗略小于太阳的K型主序星半人马座αB，它们沿着一条椭圆轨道相互绕转，最近时约 11.2 天文单位（相当于土星至太阳的距离），最远时约 35.6 天文单位（相当于冥王星至太阳的距离）。这对两颗恒星而言，是个很近的距离了。而比邻星，虽然也是该系统的成员，却远离A、B两星多达 13000 个天文单位。因此，科学家认为在比邻星旁存在行星是比较好理解的，而在距离很近的双星中就算产生一颗行星，也有可能因为双星之间距离变化导致引力不稳定，从而被甩出双星系统。

半人马座αA（白点）与半人马座αB（黄点）的实际轨道（大椭圆）与视运动轨迹（小椭圆）（来源：Wikipedia）

关于半人马座αA有一颗行星的猜测始于 2021 年。当时欧南台甚大望远镜（VLT）观测到一个可疑目标，推测距离半人马座αA约 1.1 天文单位，公转周期约 1 年，质量介于海王星至土星的一半之间，被暂时命名为C1。2023 年 7 月，詹姆斯·韦布望远镜第一次对准目标寻找可惜没有成功。

VLT发现疑似半人马座αA的行星C1。左图为未作减除的图像。右图为经过减除后，对左图正方形区域放大后图像，实线圆圈中为疑似行星，虚线圆圈为可能的宜居带内缘位置。（来源：Wagner, K et al. 2021）

现在，天文学家借助詹姆斯·韦布望远镜的中红外相机 （MIRI）以及计算机的辅助，再次发起挑战。2024 年 8 月，首先使用 MIRI 上的星冕仪将半人马座αA的光线挡住。虽然一旁的半人马座αB仍然十分明亮，对观测效果和数据分析产生巨大干扰，但通过合适的计算机算法，研究人员能成功减去两颗恒星的光线，从而发现一个比半人马座αA暗 10,000 多倍的物体。从亮度和个头上看应该是颗气态行星，质量或接近土星。它与恒星的距离大约是 2 个天文单位，这意味着它很可能在宜居带内。但是气态行星应该是不支持我们已知的生命形式的。

JWST的中红外相机拍摄的半人马座α的影像。左图为直接成像，呈现出JWST所特有的六边形光学衍射线光芒。中图为使用星冕仪后拍摄的图像。右图为减除已知信息后留下的图像，一个形似行星的微弱光源得以呈现。（来源：NASA, ESA, CSA, STScI, A. Sanghi (Caltech), C. Beichman (NExScI, NASA/JPL-Caltech), D. Mawet (Caltech); Image Processing: J. DePasquale (STScI)）

2025 年 2 月和 2025 年 4 月，研究团队对半人马座α系统再次进行观测，却没有发现任何形如 2024 年 8 月发现的物体。往好的一面考虑，说明这个目标会移动，作为气态行星的概率提升了，坏的一面，就是它刚被发现就成为丢失的行星。不过，研究人员显得很淡定，认为这并不奇怪，因为他们模拟了上百万种这颗行星可能的轨道，而其中一半的轨道显示出 2025 年 2 月和 4 月行星确实距离恒星过近了，很难被观测到。

半人马座α的光学图像（左、中）以及经过减除已知信息后的红外图像（来源：NASA, ESA, CSA, STScI, DSS, A. Sanghi (Caltech), C. Beichman (NExScI, NASA/JPL-Caltech), D. Mawet (Caltech); Image Processing: J. DePasquale (STScI)）

有了 VLT 的历史数据，加上经过精心策划的 JWST 的几轮观测，以及大量计算机建模，目前可以说 JWST 图像中的源很可能是颗行星，基本排除了背景天体（如星系）、前景天体（如小行星）、其他探测器或图像鬼影。如果这颗行星得到证实，那么它将成为距离地球最近的在类太阳恒星宜居带内运行的行星，即便它看起来并不适合生命。

半人马座αA候选系外行星的艺术想象画。图中左上角的恒星为半人马座αA，右上角的恒星为半人马座αB，中间偏左的亮星是我们的太阳。（来源：NASA, ESA, CSA, STScI, R. Hurt (Caltech/IPAC)）  

参考资料：
[1] https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-finds-new-evidence-for-planet-around-closest-solar-twin/
[2 ]Aniket Sanghi et al.Worlds Next Door: A Candidate Giant Planet Imaged in the Habitable Zone of α Cen A. II. Binary Star Modeling, Planet and Exozodi Search, and Sensitivity Analysis (doi: 10.3847/2041-8213/adf53e)
[3] K Wagner et al. Imaging low-mass planets within the habitable zone of α Centauri (doi: 10.1038/s41467-021-21176-6)

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