古怪“热木星”WASP-12b正处于死亡旋涡中 生命旅程只剩300万年

也许地球注定要毁灭，但至少还有50亿年。随着太阳的膨胀，我们的星球将被烤成一颗红巨星，但是位于御夫座600光年外的系外行星WASP-12b只剩下不到千分之一的时间：相对而言仅仅是短暂的300万年。

由普林斯顿大学领导的天体物理学家团队表明，WASP-12b正朝着其宿主恒星旋转，并走向毁灭。他们的论文发表在2019年12月27日的《天体物理学期刊快报》上。

WASP-12b被称为“热木星”，它是一个巨大的气态行星，与我们的邻居木星类，但是它非常接近自己的恒星，绕太阳公转一周仅需26小时。(相比之下，我们绕轨道一周需要365天，甚至太阳系最深处的行星水星也需要88天。)

“自1995年发现第一个‘热木星’以来——这一发现获得了2019年诺贝尔物理学奖——我们一直想知道这样的行星能生存多长时间?” 普林斯顿大学天体物理学教授兼论文作者之一约书亚·温恩(Joshua Winn)表示，“我们非常确定，它们不会永远持续下去。行星和恒星之间强烈的引力相互作用应使行星向内旋转并被摧毁，但没人能预测这需要多长时间。这可能要花费数百万年的时间，数十亿甚至是数万亿。现在我们已经测量了速率，至少有一个系统——几百万年了——我们对恒星作为流体的行为有了新的线索。”

问题在于，当WASP-12b绕其恒星运行时，两个天体相互施加引力，就像月球在地球上引发的海洋潮汐一样，引发“潮汐”。

在恒星内部，这些潮汐波使恒星略微扭曲并振荡。由于摩擦，这些潮汐波碰撞并振荡消失，这一过程逐渐将行星的轨道能量转换为恒星内部的热量。

与潮汐有关的摩擦力还在行星上施加了重力，从而使行星向内旋转。测量行星轨道收缩的速度可以揭示出恒星消耗轨道能量的速度，这为天体物理学家研究恒星内部提供了线索。

“如果我们能找到更多像WASP-12b这样的行星，它们的轨道正在衰减，那么我们将能够了解系外行星系统的演化和最终命运。”论文第一作者、天体物理学的研究生Samuel Yee说，“尽管过去曾对像WASP-12b这样的近距离巨型行星预言过这种现象，但这是我们第一次将这一过程付诸实践。”

做出这一预测的第一批人之一是美国西北大学的物理学与天文学教授Frederic Rasio，他没有参与Yee和Winn的工作。Rasio说：“我们都已经等了将近25年，才能观察到这种影响。” “在短时间尺度上测量轨道衰变的意义也非常重要。特别的是，这意味着肯定有更多的热木星已经完全消失。当它们达到罗氏极限(一个物体在圆形轨道上的潮汐扰动极限)时，它们的外壳可能会被剥离，露出一个岩石内核，看起来就像是超级地球(或者，如果它们能保留一点外壳，则可能是迷你海王星)。”

WASP-12b是2008年通过凌日法发现的。在凌日法中，天文学家观察到，当行星从其宿主恒星前方经过时，每当它完成一圈轨道时，恒星的亮度会出现小小的下降。自从它被发现以来，亮度连续下降的时间间隔每年缩短了29毫秒——这是作者之一、麻省理工学院的本科生Kishore Patra在2017年首次注意到的。

略微缩短可能表明行星的轨道正在缩小，但是还有其他可能的解释：例如，如果WASP-12b的轨道更像是椭圆形而不是圆形，则轨道周期的明显变化可能是由于轨道方向的变化引起的。

确定这颗行星的轨道是否真的在缩短的方法是，观察这颗行星在恒星后面消失，这就是所谓的掩星现象。如果轨道只是在改变方向，那么实际的轨道周期就不会改变，因此，凌日比预期发生得快，掩星应该会发生得更慢。但是，如果轨道确实在衰减，则凌日和掩星的时机都应朝同一方向移动。

在过去的两年中，研究人员收集了更多数据，包括使用斯皮策太空望远镜进行的新掩星观测。

“这些新数据有力地支持了轨道衰减的情况，使我们能够坚定地说行星确实正在向其恒星旋转。” Yee说，“这证实了长期存在的理论预测和间接数据，这些数据表明热木星最终应通过这一过程被毁灭。”

Winn说，这一发现将有助于理论家更好地理解恒星的内部工作，并解释与潮汐相互作用有关的其他数据。“它还告诉我们热木星的寿命，这可能有助于揭示这些奇怪而出乎意料的行星的形成的线索。”

文章出处：https://phys.org/news/2020-01-planet-wasp-12b-death-spiral-scientists.html;Planet WASP-12b is on a death spiral, say scientists，作者Liz Fuller-Wright/Princeton University