· 描述:已知半径最大的系外行星之一
· 身份:围绕恒星hAt-p-67运行的热木星,距离地球约1200光年
· 关键事实:其半径约为木星的2.1倍,密度极低。
第1篇幅:1200光年外的“气球巨兽”——hAt-p-67b的膨胀之谜
陈默的指尖在全息星图上划过,天鹅座那片繁星点点的天区里,hAt-p-67的光点像粒微弱的萤火虫。2038年盛夏的紫金山天文台,蝉鸣裹着梧桐叶的燥热渗进控制室,她却觉得后颈发凉——屏幕上,这颗恒星周围那颗“不该存在”的行星凌日数据,正像团乱麻,在她眼前越缠越紧。
“陈姐!tESS的第三次凌日光变曲线出来了!”实习生小满举着刚打印的图纸冲进来,额角的汗把纸边洇出深色印记,“深度还是2.3%!半径……半径算出来是木星的2.1倍!这怎么可能?”
陈默凑过去,老式放大镜下的曲线像被啃过的月牙,恒星亮度每隔4.8天就规律下跌一次。“21天前第一次看到这数据,我还以为是卫星凌日干扰,”她声音发涩,“直到用丽江2.4米望远镜复测,才发现这‘月牙’的边缘光滑得像用圆规画的——它不是干扰,是颗真正的‘气球行星’。”
此刻,哈勃太空望远镜的紫外镜头正穿透1200光年的星际尘埃,将这颗“膨胀巨兽”的真容一寸寸揭开。而陈默团队的“极端行星探索计划”,也从“记录异常”踏入了“破解膨胀密码”的深水区。
一、凌日法里的“异常月牙”:从“数据垃圾”到“行星候选”
要讲hAt-p-67b的故事,得先从“凌日法”说起。简单讲,就是行星绕到恒星前面时,会挡住一点星光,让恒星亮度暂时下降——就像月亮遮住太阳的日食。天文学家通过测量亮度下降的深度和周期,就能算出行星的大小和轨道。
“2020年秋天,tESS卫星刚开机不久,扫到hAt-p-67时,数据差点被归为‘无效’,”陈默翻出当年的观测日志,泛黄的纸页上还留着咖啡渍,“当时团队忙着分析其他亮星,这颗12等星(肉眼勉强可见)的光变曲线,被标记为‘低优先级’。”
转折发生在2021年3月。小满在分析tESS数据时,发现hAt-p-67的光变曲线有个奇怪的“双峰”——亮度下降2.3%后,不是平稳恢复,而是先快后慢,像被什么东西“弹”了一下。“我以为是恒星黑子(恒星表面的暗斑),”小满回忆,“直到用光谱仪看恒星的活动周期,发现黑子旋转方向和光变周期对不上——这‘双峰’根本不是恒星的问题。”
团队用智利麦哲伦望远镜做“径向速度测量”(看恒星是否被行星引力拽动),果然发现了周期性摆动:恒星以每秒80米的速度“摇晃”,对应一颗质量约0.5倍木星的天体。“质量0.5倍木星,半径却2.1倍木星?”陈默在组会上敲着黑板,“这密度比还低!当时我想,要么是仪器坏了,要么是我们发现了‘宇宙奇观’。”
二、hAt-p-67:一颗“膨胀”的恒星与它的“热舞伴”
要理解hAt-p-67b的“膨胀”,得先认识它的“太阳”——hAt-p-67本身也是个“异类”。它是一颗F型亚巨星,质量1.7倍太阳,表面温度7500c(比太阳热2000c),已经进入恒星演化的“膨胀期”(像中年发福的人)。
“想象一下,”陈默在科普讲座上举着个吹胀的气球,“太阳现在是青壮年,身材标准;hAt-p-67已经50亿岁了(太阳46亿年),核心的氢燃料快用完,外壳开始膨胀,像个快吹爆的气球——它的半径是太阳的2.5倍,亮度是太阳的10倍,在天鹅座里算个‘亮星’。”
更关键的是hAt-p-67的“脾气”。作为F型星,它比太阳活跃得多,表面常有巨大的黑子和耀斑(像剧烈的“咳嗽”)。“一般行星遇到这样的‘暴脾气’恒星,要么被烤焦,要么被甩出去,”小满解释,“但hAt-p-67b不仅没跑,还贴得极近——轨道半径只有0.05天文单位(约750万公里,是日地距离的1/20),公转一周只要4.8天!”
这种“热舞伴”关系,让hAt-p-67b成了“热木星”的典型——像木星一样巨大的气态行星,却跑到离恒星极近的地方“烤火”。但和其他热木星不同,它的“膨胀”超出了所有模型的预测:按常理,离恒星这么近,行星会被恒星的潮汐力“拉伸”,但最多膨胀到木星的1.5倍,而hAt-p-67b硬生生“胖”到了2.1倍。
三、“气球行星”的真面目:比空气还轻的“宇宙”
hAt-p-67b的“膨胀”到底有多夸张?用数据说话:木星半径7.15万公里,hAt-p-67b就是15万公里(能装下30个地球);木星密度1.33克/立方厘米(比水略重),hAt-p-67b只有0.08克