钱德拉发现另一星系中可能存在行星的证据

M51与钱德拉的X射线和美国国家航空航天局哈勃太空望远镜的光学光的合成图像包含一个标记可能候选行星位置的盒子。

可能是第一次探测到行星在银河系外凌日的迹象。利用美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台，这一有趣的结果为寻找比以往任何时候都更远距离的系外行星开辟了一个新的窗口。

可能的系外行星候选者位于螺旋星系梅西耶51（M51），由于其独特的轮廓，也被称为漩涡星系。

外行星被定义为太阳系外的行星。到目前为止，天文学家已经在银河系中发现了所有其他已知的系外行星和候选系外行星，几乎所有这些行星距离地球不到3000光年。M51中的一颗系外行星距离约2800万光年，这意味着它的距离将是银河系中行星的数千倍。

“我们正试图通过在X射线波长下寻找候选行星，为寻找其他世界开辟一个全新的舞台，这一策略使在其他星系中发现它们成为可能，”马萨诸塞州剑桥市哈佛和史密森尼天体物理中心的Rosanne Di Stefano说，她领导了这项研究，该研究今天发表在《自然天文学》上。

这一新结果是基于凌日的，在凌日事件中，一颗行星在恒星前面的经过阻挡了恒星的一些光线，并产生了特征性的倾斜。天文学家使用地基和天基望远镜——比如美国国家航空航天局开普勒和TESS任务中的望远镜——寻找人类可以看到的光学光和电磁辐射的下降，从而发现了数千颗行星。

Di Stefano和同事们转而寻找从X射线明亮双星中接收到的X射线亮度的下降。这些发光系统通常包含一颗中子星或黑洞，从轨道紧密的伴星中吸入气体。中子星或黑洞附近的物质变得过热，并在X射线中发光。

由于产生明亮X射线的区域很小，经过它前面的行星可能会阻挡大部分或全部X射线，使凌日更容易被发现，因为X射线可以完全消失。这可能使系外行星能够在比目前的光学凌日研究更远的距离被探测到，因为这颗行星只阻挡了恒星的一小部分，所以必须能够探测到光线的微小减少。

该团队使用这种方法在位于M51的一个名为M51-ULS-1的双星系统中探测到了候选系外行星。这个双星系统包含一颗黑洞或中子星，围绕一颗质量约为太阳20倍的伴星运行。他们使用钱德拉数据发现的X射线凌日持续了大约三个小时，在此期间，X射线发射降至零。根据这一信息和其他信息，研究人员估计M51-ULS-1中的候选系外行星大约有土星的大小，围绕中子星或黑洞运行的距离大约是土星离太阳距离的两倍。

虽然这是一项诱人的研究，但还需要更多的数据来验证这是一颗河外系外行星。一个挑战是，候选行星的大轨道意味着它在大约70年内不会再次出现在其双星伙伴面前，这阻碍了几十年来任何确认观测的尝试。

加州大学圣克鲁斯分校的合著者Nia Imara说：“不幸的是，要确认我们看到的是一颗行星，我们可能要等几十年才能看到另一次凌日。”“由于进入轨道需要多长时间的不确定性，我们不知道什么时候该看。”

变暗可能是由从X射线源前面经过的气体和灰尘云引起的吗？研究人员认为这是一个不太可能的解释，因为在M51-ULS-1中观察到的事件特征与这样的云的通过不一致。然而，候选行星的模型与数据是一致的。

新泽西普林斯顿大学的合著者Julia Berndtsson说：“我们知道我们正在做出一个令人兴奋和大胆的声明，所以我们希望其他天文学家会非常仔细地研究它。”“我们认为我们有一个强有力的论据，这个过程就是科学的运作方式。”

如果一个行星存在于这个系统中，它很可能有着动荡的历史和暴力的过去。系统中的一颗系外行星必须在产生中子星或黑洞的超新星爆炸中幸存下来。未来也可能是危险的。在某个时刻，伴星也可能爆炸成超新星，并以极高的辐射水平再次撞击行星。

Di Stefano和她的同事使用Chandra和欧洲航天局的XMM Newton在银河系以外的三个星系中寻找X射线凌日。他们的搜索覆盖了M51中的55个系统、梅西耶101（“Pinwheel”星系）中的64个系统和梅西耶104（“Sombrero”星系）的119个系统，从而产生了这里描述的单一系外行星候选者。

作者将在钱德拉和XMM牛顿的档案中搜索其他星系中更多的系外行星候选者。至少有20个星系可以获得大量的钱德拉数据集，其中包括一些像M31和M33这样的星系，它们比M51更近，可以检测到更短的凌日。另一个有趣的研究方向是在银河系的X射线源中寻找X射线凌日，以在不寻常的环境中发现附近的新行星。

这篇《自然》天文学论文的其他作者是Ryan Urquhart（密歇根州立大学）、Roberto Soria（中国科学院大学）、Vinay Kashap（CfA）和Theron Carmichael（CfA.）。美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着来自马萨诸塞州剑桥的科学和来自马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。