新發現的雙星系統將能擴展我們對於極端條件下行星與恆星演化的了解－

尋找太陽系外行星 (exoplanet) 長久以來一直是天文物理學界熱門的研究主題。在各種類型系外行星中，有著如同其名稱一樣熱門的熱木星 (Hot Jupiters) ，此系外行星與位於我們地球不遠的氣體巨行星—木星有著相近的物理性質。但是熱木星與我們熟知的木星不同，它的軌道非常靠近其恆星，於短短的幾小時或幾天內就能完成一次完整軌道繞行，並且如同其名稱所表示的那樣，具有極高表面溫度。熱木星的特質吸引了許多天文物理界學者參與研究，然而因熱木星附近恆星所產生的眩光使它難以被發現觀測，也使研究熱木星相對困難度提高不少。

近日於《自然天文學（Nature Astronomy）》期刊發表的這篇研究論文顯示，研究學者們發現了一個距離地球約 1,400 光年、由兩個天體所組成的系統，這兩個天體為研究熱木星大氣層以及行星與恆星的演化提供了許多機會。此雙星系統 (binary system) 是透過歐洲南方天文台機構位於智利的極大天文望遠鏡（Very Large Telescope）所收集到的光譜進行分析後，結果顯示出它是截至目前為止我們所知溫度差異最極端的雙星系統。

本研究主要作者 Na’ama Hallakoun 博士隸屬於魏茨曼科學研究所粒子物理與天文物理學系Sagi Ben-Ami 博士的研究團隊。她針對此研究成果表示：「我們發現了一個截至目前為止最熱、繞恆星軌道運行的類熱木星物體，它比太陽表面溫度高 2,000 度。與遭到眩光遮蔽的熱木星行星不同，我們有可能觀察並且研究此物體，因為它的體積相對於其所繞行的主恆星而言，是相當大的。而其主恆星比普通恆星暗一萬倍左右。這使其成為未來研究熱木星極端條件的完美實驗室。」

此研究是 Na’ama Hallakoun 博士於 2017 年與其臺拉維夫大學博士班就讀期間指導教授 Dan Maoz 所進行的研究成果的延伸研究，此研究成果可能使人們有機會更加清楚了解熱木星以及雙星系統中的恆星演化。

有著類月球定向特性的巨大棕矮星 (brown dwarf)

Hallakoun 博士與同事所發現的雙星系統涉及兩個皆被稱為矮星（dwarfs）的天體，但有著本質上的不同。其中一顆是白矮星，是類太陽恆星耗盡其核燃料的殘留物。而這對雙星的另一個部分，並不是行星或恆星，而是一顆棕矮星，質量介於木星等氣體巨行星與小恆星之間。

棕矮星有時被稱為「失敗的恆星」，因質量不足以點燃或不足以維持其核心核融合反應。然而，與氣體巨行星不同的是，棕矮星的質量足以承受其恆星夥伴的拉力。

Hallakoun 博士表示：「恆星的引力可能導致距離過近的物體無法分離。但這顆棕矮星的密度很高，其質量是木星的 80 倍，但其大小卻被壓縮到木星的尺寸大小。這使得它得以完好無缺的生存，並且形成了一個穩定雙星系統。」

當行星軌道非常接近其恆星時，作用在行星近側與遠側的重力差會導致行星軌道週期與自轉週期同步化。此現象被稱為潮汐鎖定 (tidal locking) ，它將行星的一側永遠鎖定在面向恆星的位置，其類似月球總是以相同面朝向地球，其所謂的黑暗面則是維持看不見的狀態。潮汐鎖定導致直接受到恆星輻射轟擊的光面 (dayside) 與接受到較少輻射量的暗面 (nightside) 兩個半球存在著極大溫差。
 

來自恆星的強烈輻射導致熱木星的表面溫度極高。Hallakoun 博士與其同事針對此白矮星－棕矮星雙星系統計算出此熱木星的高溫數值範圍。透過此雙星系統所發出的光亮度，他們能夠確認繞著軌道運行棕矮星的兩個半球表面溫度。結果發現，光面的溫度約在絕對溫度 7,250K － 9,800K (約攝氏溫度 7,000 至 9,500 度) 之間，與質量是太陽兩倍的類太陽行星－ A 型恆星 －有相似熱度，而且溫度與任何已知的巨型行星還要高。另一方面，暗面的溫度則是約克式溫度 1,300K － 3,000K (約攝氏溫度 1,000 至 2,700 度) 之間，導致兩個半球的極端溫差約為 6,000 度之多。

一窺難得一見的未曾探索地帶

Hallakoun 博士表示，她與同事發現的這個雙星系統為極紫外線輻射 (extreme ultraviolet radiation) 對行星大氣層所造成的影響研究提供可能性。這種輻射在各種天文物理環境中有著重要作用，從恆星形成區域，到恆星周圍形成行星的原始氣體盤，到行星本身的大氣層。這種強烈輻射會導致氣體蒸發與分子斷裂，對於恆星與行星的演化有著重大影響，但還不僅於此。

「這個系統中的白矮星形成至今僅一百萬年而已，從這天文尺度中微不足道的短暫時間中，我們已經一窺此緻密雙星系統的早期階段。這類型的單星演化過程已廣為人知，但研究學者們對於帶著交互作用的雙星系統演化的依舊所知甚少。」

「熱木星是極度不適合居住的地方，其性質與適居住行星恰恰相反。未來對於此類熱木星系統的高解析度光譜觀測 (最好能夠使用美國太空總署 NASA 的新型太空望遠鏡 James Webb Space Telescope 進行)，將可能揭露出炎熱高輻射等條件對於大氣結構產生什麼影響，這將能夠幫助我們了解宇宙中的其他系外行星。」

資料來源：
https://wis-wander.weizmann.ac.il/space-physics/%E2%80%9Cjupiter%E2%80%9D-hotter-sun