x光不仅能拍胸片 还能发现星星

9月25日，一篇发表在arXiv.org预印网站上的论文引起了关注。天文学家罗珊娜迪斯特凡诺和她的研究小组利用钱德拉x光望远镜获得的数据，在惠而浦星系中发现了一颗候选行星，距离地球2800万光年，预计它将成为一颗新发现的银河外行星。据计算，这颗名为M51-ULS-1b的候选行星的半径略小于土星的半径。

从太阳系内部到太阳系外部，从银河系内部到银河系外部，人类从未停止过对遥远星球的探索。瑞典天体物理学家米歇尔马约尔(Michel Mayol)和天文学家迪迪埃奎洛兹(Didier Queloz)分享了2019年诺贝尔物理学奖，因为他们在1995年首次在太阳系外发现了一颗围绕主序列恒星运行的行星。这一次，研究人员是如何在银河系外发现这颗候选行星的？找到这个候选星球有什么意义？

光学望远镜难以直接观测遥远天体

天体离地球越远，用望远镜直接观察就越困难。以前，科学家寻找银河系以外行星的主要方法是利用重力微透镜现象。

南京大学天文与空间科学学院教授周立勇解释说，遥远的背景天体发出的光会受到前景天体引力的影响，导致光线弯曲，光度增强。在我们看来，遥远的天体似乎被“增亮”了，这就是所谓的引力微透镜现象。

2018年2月，发表于《天体物理学快报》的一项研究声称，科学家首次利用引力微透镜现象发现了银河系外的一组行星。

利用引力微透镜现象曾被认为是有效探测远离地球的天体的唯一方法。周立勇说，通过观察引力微透镜现象，我们不仅可以确定系外行星的存在，还可以根据信号的特征频率计算它们的质量。“但行星引起的引力微透镜现象转瞬即逝，无法重复，因此引力微透镜现象观测到的银河系外候选行星很难被后续观测进一步证实。”周立勇说。

对于“不那么远”的太阳系外行星，最常用的探测方法有中天法和径向速度法。

凌星方法的本质是研究行星凌星引起的恒星亮度变化。然而，导致恒星亮度变化的因素不仅仅是行星(凌星)的遮挡，还有恒星本身的活动。就像黑子，爆炸等。这些可能形成被测恒星的光曲线。

周立勇还说，系外行星离地球很远，所以当它们经过宿主恒星的表面时，如果行星的半径比恒星的半径小，我们很难在恒星的光曲线中识别凌星的信号。"这就像在1000公里外的路灯下找到一只萤火虫一样困难."他说。

与银河系中的行星相比，银河系外的行星离地球更远。“在距离我们数千万光年的银河系之外，单个恒星本身很难区分，其所在行星的凌星几乎无法观测到。”周立勇说。

突破口是忽强忽弱的X射线

寻找银河系外的行星，凌星真的无能为力吗？

事实上，迪斯蒂法诺的研究小组使用的x光掩蔽方法与凌星的方法基本一致。“原则上，它们都是一样的，它们可以给出被遮挡天体和被遮挡天体的相对大小的信息。”中国科学院紫金山天文台副研究员陈果说。

所谓日食法，就是通过观察恒星的光变来寻找行星。当行星在观察者和恒星之间运动时，恒星的亮度会因行星的覆盖而发生变化。如果这种变化存在周期性，我们就有可能借助日食来追踪这颗行星的踪迹。

银河系中的凌星观测主要在光学和红外波段进行。“因为一般恒星辐射的X射线很弱，辐射的可见光很强，X射线会被地球大气层吸收，用X射线掩蔽更难观测。”周立勇解释道。

与可见光相比，X射线的波长更短，能量更高，更容易穿透宇宙尘埃和气体云。所以，D 'Stefano的研究团队重点研究X射线。

在银河系之外，X射线主要来源于X射线双星系统。这种系统由一颗普通恒星和一颗大质量恒星(黑洞或中子星)的残骸组成。后者巨大的引力可以吸积伴星的物质，在这个过程中，吸积盘会释放出X射线。“在这类系统的凌星现象中，X射线带的亮度变化非常明显，因为X射线的发射区域集中在一个狭小的空间内，当行星经过时，甚至可以完全覆盖X射线产生区域。”周立勇告诉记者。

2012年，钱德拉X射线望远镜捕捉到一个事件——。在距离地球2800多万光年的漩涡星系中，X射线源逐渐减弱直至为零，然后重新出现。在分析和计算了这个信号后，迪斯蒂法诺的团队确定这是一个行星引起的凌星现象。

事实上，X射线源变得越来越弱越来越强，这可能是由多种原因造成的，比如另一颗小恒星(比如白矮星)的存在使X射线源黯然失色。然而，研究小组认为M51-ULS-1b不是白矮星或其他类型的恒星，因为该地区的双星系统太年轻，这样的物体无法在附近演化。研究人员排除了另一颗恒星阻挡x光源的可能性，并认为它是银河系之外的候选行星。

为搜索系外行星提供新思路

候选行星距离被确认为河外行星还有多远？

陈果承认“候选行星”只是众多可能性中的一种，“探测到的光线变化是孤立事件，远未得到证实”。

“其实首先要确认的是这种光变特征是否可以反复观察；如果可以重复，是周期性的吗？此外，天体的相对大小是通过覆盖食物的方法来测量的。因此，被遮挡天体的尺寸测量是否准确，将严重影响前方被遮挡天体尺寸的确定。所以这个天体确实比土星的大小略小，也有必要提个问号。”陈果分析说，最好通过其他技术手段来限制这个天体的质量，以便评估这个天体是否是行星。

需要强调的是，该研究仅发表在arXiv.org的预印网站上，尚未得到进一步研究的证实。从候选行星到被确认为河外行星需要时间。

然而，研究小组为寻找行星提供了一个新的想法。“主要是受搜索方法的启发。也许X射线日食法也可以用来寻找银河系中的行星。”周立勇说。

锋利的工具很管用。钱德拉X射线天文望远镜为迪斯蒂法诺团队的研究进展做出了巨大贡献。

1999年，美国发射了钱德拉x光天文望远镜，欧洲发射了XMM-牛顿卫星，这成为世界x光天文学时代开始时的一个里程碑事件。作为中国自主设计开发的第一颗大型X射线天文卫星，“贵研”于2017年6月15日成功发射。“护目镜”集成了全天空球面扫描、目标定点凝视、哮天地区深度扫描、伽玛射线爆发探测等多种探测模式。不仅填补了我国空间X射线天文卫星探测的空白，还为我国科学家提供了遥远宇宙天体的高灵敏度图像。(戴晓培)