太空中的8000摄氏度，一颗比太阳还热的星球！
来源： 中国科协、中科院携手“互联网 科普”平台，深耕科普内容创作 发布时间：2023-09-07
出品：科普中国
作者：方和斐（英国爱丁堡皇家天文台）
监制：中国科普博览
提起宇宙中炽热的天体，我们都会想到太阳之外的恒星。但那些未能变成恒星的天体，就一定更平静吗？或许给出答案前我们还需思考。科学家们最近发现的天体wd 0032-317b，其表面升到了约8000摄氏度。也就是说，太阳的表面温度在它面前也只不过是“小巫见大巫”。
如此高温到底是怎样形成的？我们一起往下揭开天体的奥秘。
恒星的死亡，白矮星的诞生
在宇宙中，核反应主要是聚变：氢这样的轻元素经历上亿度的高温，聚合成更重的元素并释放能量。包括太阳在内的所有恒星，都会这样产生能量。聚变停止后，剩余物质不具有放射性，相对而言要“干净”得多。
太阳连同所有其他恒星都是由一种称为核聚变的反应提供动力。（图片来源：nasa/sdo/aia）
如果核聚变能够在地球上复制，那么它可以提供几乎无限的清洁、安全和廉价的能源，以满足世界的能源需求。
对于恒星而言，这个过程称为恒星的死亡阶段。在恒星正常的生命时期，核聚变集中在核心区域。经过几十甚至上百亿年漫长的燃烧之后，中心的氢元素已被消耗殆尽，逐步生成更重的元素：氦，甚至碳、氧……
随着燃料消耗殆尽，恒星内核不再产生向外的热压力，逐渐被自身的重量压塌，向内不断收缩，直至缩小到了一定程度，残骸内部电子的斥力逐渐上涨，与残骸自身质量造成的引力恰好互相抵消。此时，庞大的恒星内核已经缩成了一个小球。死亡恒星的核反应剩余物形成了一种新的天体：白矮星。
白矮星（图片来源：veer图库）
白矮星质量不轻，尺寸却很小。以wd 0032-317为例，它达到太阳质量的四成，直径却不到太阳的3%，足足比太阳致密几万倍。这样一来，能够散热的表面积就很小，恒星死亡后残余的高温能保持很长时间。
我们假设白矮星刚产生100万年，这正是理论估计的wd 0032-317年龄。尽管这短暂的冷却时间比起恒星几十亿年的寿命而言简直微不足道，但它仍然残留着37000摄氏度的高温，远远高于太阳表面5500摄氏度的温度，相当于蓝巨星的水平。
实际观测的wd0032-317辐射变化曲线。
在白矮星和褐矮星绕转的过程中（上方示意图），地球上观察到的白矮星辐射流量发生周期性的变化（图片来源：参考文献[1]）
虽然白矮星不是通过放射性衰变过程产生能量，但纯粹由于高温引起的能量也十分惊人。热能主要以紫外线和可见光的方式散发出去，如同透过地球臭氧空洞照射而来的致癌性紫外线，足以击碎生物大分子。
而wd 0032-317身边的星球，就承受了这炽烈的拥抱。
褐矮星：目前已知昼夜温差最大的星球
wd 0032-317b，“wd”代表“white dwarf”，即白矮星。在数字编号后面加个“b”，代表这个系统中的第二颗天体——褐矮星wd 0032-317b。
褐矮星艺术概念图（图片来源：nasa）
要是拿太阳系里的天体类比，褐矮星有点像木星。它们也是气体凝聚的，只不过它比木星要更重，质量大体在13到80个木星之间。
wd 0032-317b则达到了79个木星那么重。要是再重点儿，自引力带来的内部压力升温就能在核区点燃核反应，它就成为恒星了。
所以，wd 0032-317b虽然是气态巨行星里面的“将军”，实际上却是恒星家族里的“矮子”。
不仅如此，它还是一颗被“潮汐锁定”的星球。白矮星与它的引力作用导致它的轨道发生变化，自转与公转周期逐渐同步，正如同月球那般。
因此，wd 0032-317b只有一面永远朝着白矮星，这一面称为“白昼侧”。白矮星释放的能量倾泻在这一面上，永远亮如白昼。而在背面，褐矮星的星体遮挡了白矮星的光，永远没有直射，因此称为“黑夜侧”。
天文学家对wd 0032-317b进行了测量。经过他们的分析，wd 0032-317b的白昼侧足足达到了将近8000摄氏度。在它面前，太阳都显得暗淡起来——太阳的表面温度为5500摄氏度，还比它低2000多摄氏度呢！
wd 0032-317b昼夜侧的温度估计图。
紫色与灰色曲线分别代表黑夜侧和白昼侧的能量分布，天蓝色曲线代表白矮星能量分布，黑色曲线代表总体能量分布。（图片来源：参考文献[1]）
而在黑夜侧，由于照不到白矮星，褐矮星的地表温度骤然下降到2000摄氏度左右。这是目前已知昼夜温差最大的星球，达到了6000摄氏度之多。
气态的褐矮星围绕着宇宙中一颗白矮星旋转，表面席卷着比太阳表面温度还高的热浪。人类显然无法在这样的星球上生存，甚至都无法靠近。褐矮星的表面温度已经远远超过了钢铁的沸点，白昼一侧连金刚石都会沸腾。
正因为这样的强大能量，褐矮星很可能经历着剧烈的内部湍动，甚至向太空中抛洒出自身的物质。尽管wd 0032-317b还未被证实这点，但类似的天体kelt-9b却已经被观察到这一现象。它在白昼侧4300摄氏度的情况下，显露出了彗星尾巴一样的物质外流。
白矮星释放能量造成的行星物质蒸发示意图（图片来源：earthsky亚博电竞网官网）
白矮星-褐矮星：天文研究的完美组合
当然，对wd 0032-317b的这项观测研究，并不只是在宇宙中猎奇而已，它还对行星演化研究有着重要的启示。
褐矮星本身大小类似木星，而温度又很高，因此能够充当那些离恒星很近的气态巨行星——“热木星”——的近似物。
热木星是目前行星演化领域的热门话题。通常来说，它们很难被探测到，因为它们绕着炽热而明亮的大质量恒星公转，被恒星刺眼的光芒所掩盖。
两颗热木星与木星和地球的尺寸对比示意图（图片来源：中国科学院）
此前，人们往往只能通过引力作用来间接探测热木星，也就是检测对应的恒星在热木星的引力作用下产生微弱的运动异常。但是这些恒星自身往往也在快速旋转，还会释放出大量星风物质，这都给测量运动是否异常带来了困难。
将白矮星-褐矮星这种组合作为恒星-热木星的替代品，有特别的优势。
首先，白矮星尺寸很小，这样褐矮星就能离它足够近，被照得足够热。
其次，白矮星能发光的表面积小，比热木星的恒星暗弱很多，不会掩盖身边的褐矮星，这样就更有希望对褐矮星直接成像，而无需通过间接手段探测。
此外，wd0032-317和wd0032-317b这个系统本身，还给恒星的末期演化提供了新的信息。按照观测的情况来看，褐矮星的年龄应该有几十亿年。但白矮星质量很小，说明它的前身星应该有更长的寿命。研究人员认为，褐矮星此前可能参与了白矮星的演化，加速了它前身星的死亡。
结语
二十年前，wd 0032-317b也曾进入过天文学家的视野，但却被忽视了。**那时候它的黑夜侧正朝向地球，在望远镜里不够显眼。**或许是因为当时的科学家们还未拥有足够先进的观测仪器，亦或者是宇宙的探索本就并非易事。
二十年后，wd 0032-317b重新进入人们的视野。相信在未来，科学家们借助高分辨率的望远镜继续观测，就可以构建wd 0032-317b的三维大气模型，揭晓其白昼与黑夜两侧如此大的温差是如何分布的，从而帮助我们进一步理解类似的气态巨行星。
关于wd 0032-317b这颗炽热的星球，更多的故事还在路上。关于宇宙中的繁星点点，更多的发现也在等着我们。
参考文献：
[1] na’ama hallakoun, dan maoz, alina g. istrate, et al. an irradiated-jupiter analogue hotter than the sun.
[2] elizabeth gamillo. astronomers find a brown dwarf that’s hotter than the sun.
[3] atmosphere models of brown dwarfs irradiated by white dwarfs: analogs for hot and ultrahot jupiters. joshua d. lothringer and sarah l. casewell. 2020 apj 905 163. doi: 10.3847/1538-4357/abc5bc
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