天文学家发现首个银河系外的行星

科学家一直致力于探索地球以外的星球以及可能存在的外星生命，其中最重要的一个步骤就是寻找行星。最近，天文学家可能终于找到了第一颗银河系以外的行星。

左图为梅西耶51星系的X射线及可见光观测图片，图中小方框为此次发现的行星位置。右图为双星系统示意图。（X-ray: NASA/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.; Optical:NASA/ESA/STScI/Grendler）

天文学家已经在太阳系以外发现了数千颗行星。但是目前发现的这些行星都在银河系以内。银河系以外的行星会是什么样子呢?

这颗可能是银河系外的行星位于旋涡星系梅西耶51（Messier 51）中，因其独特的外观被普遍称作涡状星系（Whirlpool Galaxy）。

使用美国航天局（NASA）的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory），天文学家第一次捕捉到了可能是行星在银河系外穿过恒星的现象。

这个有趣的结果打开了一个探索系外行星的新窗口，可以在比以往更远的距离搜索系外行星。

论文主要作者、哈佛-史密松天体物理学中心的罗珊‧迪斯蒂法诺（Rosanne Di Stefano）在一份声明中说：“我们正试图通过在X射线波长范围内寻找行星候选者，来开辟一个全新的领域来寻找其它世界，这种策略使得在其它星系中发现它们成为可能。”

到目前为止，天文学家在银河系中发现的所有系外行星距离地球都不到3,000光年。而这次发现的涡状星系中的系外行星距离我们大约2,800万光年，这意味着它比银河系中的任何系外行星都要远数千倍。

这一新观测利用了凌日现象。在这种事件中，一颗行星经过一颗恒星前会阻挡一些恒星的光线，造成一个特征性的临时的亮度下降。科学家已经使用可见光观测这种凌日现象，从而发现了数千颗行星。

迪斯蒂法诺领导的研究团队则创新地使用了肉眼不可见的X射线，希望寻找在X射线波段的凌日现象。

发射X射线的天体通常包含一颗中子星或黑洞，它从靠近轨道的伴星中吸入气体。中子星或黑洞附近的物质变得过热并在X射线中发光。由于产生明亮X射线的区域很小，从它前面经过的行星可以阻挡大部分或全部X射线。这样一来，X射线可以完全消失，因此更容易发现凌日现象。与目前的可见光波段的凌日现象相比，X射线的凌日现象可以让系外行星在更远的距离被探测到。

研究团队使用这种方法来检测位于M51、名为M51-ULS-1的双星系统中系外行星候选者。这个双星系统包含一个黑洞或中子星，它围绕一颗质量约为太阳20倍的伴星运行。

他们使用钱德拉数据发现的X射线凌日持续了大约三个小时，在此期间X射线辐射强度减少到零。

根据这些信息和其他信息，研究人员估计M51-ULS-1中的系外行星候选者将大致与土星大小相同，并且围绕中子星或黑洞运行，其轨道距离约为土星与太阳距离的两倍。

通过使用肉眼不可见的X射线，研究团队成功得到意义重大的科学突破。可以想象，还有许多宇宙奥秘隐藏在人类无法简单看到的环境中。

虽然研究结果非常重要，但目前还很难对结果进行进一步的验证分析。主要的挑战之一在于这颗行星的巨大轨道半径意味着它在大约70年内不会再次穿过它所在的双星系统，意味着未来几十年都无法再观测到它。

“不幸的是，要确认我们看到的是一颗行星，我们可能要等几十年才能看到另一次凌日。”论文合作者、美国加州大学圣克鲁斯分校（University of California at Santa Cruz）的尼亚‧伊玛拉（Nia Imara）在上述声明中说，“而且由于不确定轨道公转需要多长时间，我们无法得知确切的观测时间。”

研究团队尝试排除了其它可能导致X射线变暗的原因，比如气体和尘埃云。该团队认为这是一个不太可能的解释，因为在M51-ULS-1中观察到的X射线的特征与气体或尘埃云穿过时的特征不一致。相反，一颗系外行星的凌日现象与数据一致。

“我们知道我们正在做出一个令人兴奋和大胆的声明，因此我们希望其他天文学家会非常仔细地看待它。”美国普林斯顿大学（Princeton University）的合作者朱莉娅‧伯恩特森（Julia Berndtsson）在上述声明中说，“我们认为我们有一个强有力的论据，这个过程就是科学的运作方式。”

如果这颗行星的确是在这个双星系统中，它很可能经历了一段动荡的历史：它很可能在产生双星系统中的中子星或黑洞的超新星爆炸中幸存了下来。这颗行星的未来也可能是危险的：在某些时候，双星系统的伴星也可能爆炸为超新星，造成的极高的辐射水平可能会炸毁这颗行星。

这项新研究的论文发表在10月25日的《自然天文》上。