行星通常是根據它們所繞行的恆星來定義的。如果去掉恆星,行星幾乎無法被發現。這是因為天文學家用來檢測行星的幾乎所有方法都依賴於恆星的光或運動。沒有恆星的情況下,孤獨的行星幾乎不會發出可見光,也不會留下明顯的信號供望遠鏡追蹤。天文學家早已懷疑,銀河系中也充滿了許多這類無主行星,這些行星要麼是從其誕生系統中被驅逐出去的,要麼是從未擁有過恆星。直到現在,還沒有人能證明這些物體真的屬於行星。最近的一項研究終於證實了這一點,通過測量一個自由漂浮物體的距離和質量,成功識別出一顆約與土星大小相當的流浪行星,該行星正朝銀河中心漂移,距離地球近 10,000 光年。這一發現將流浪行星的概念從理論推進到了直接觀測的階段。
這項發現為銀河系中可能充滿流浪行星提供了更多證據。這項研究的作者之一、北京大學的天文學教授董思博指出,流浪行星之所以難以確認的原因在於,大多數已知的系外行星是通過其恆星顯示出存在的。有的行星在通過恆星前方時會阻擋恆星光,而有的則會輕微拉動其恆星,造成可檢測的運動。流浪行星卻沒有這些線索。它們幾乎不會發出自己的光,也沒有恆星可以互動,因此基本上是不可見的。天文學家檢測這些物體的唯一方法是通過重力效應。
當一個大質量物體在地球和遙遠背景恆星之間路過時,其重力會彎曲恆星的光,暫時使恆星看起來更亮。這種現象被稱為引力微透鏡效應,表明有某種看不見的物體穿過視線。然而,僅依靠微透鏡效應存在一個嚴重的限制。亮度模式並不能唯一地揭示透鏡物體是小且近還是大且遠。這種不確定性被稱為質量-距離退化,意味著早期的檢測無法排除較重物體如棕矮星的可能性。因此,天文學家無法確定流浪行星是否真的存在。
最近確認的流浪行星是在一次微透鏡事件中被檢測到的。研究作者提到:「我們報告了一個微透鏡事件——KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516,這一事件是由地面和太空望遠鏡觀測的,打破了質量-距離退化。」這一事件之所以特殊,是因為歐洲航天局的 Gaia 太空船也恰好觀測到了它。Gaia 從遠離地球的位置觀察銀河,因而微透鏡信號的時機在太空中與地面上看起來略有不同。此微透鏡事件恰好位於 Gaia 的進動軸幾乎垂直的方向,這一罕見的幾何形狀使得 Gaia 在 16 小時內觀測到該事件六次,開始時接近峰值放大。這一小差異使研究人員能夠計算出微透鏡視差,直接揭示透鏡物體的距離。
隨著距離的確定,該團隊最終能夠確定該物體的質量。分析顯示,這顆行星距離地球約 3,000 觸角(parsecs),即近 10,000 光年,質量約為木星的 22%,相當於約 70 顆地球的質量,將其置於土星之下。參與事件的背景恆星被確定為一顆紅巨星,有助於改進測量。這一質量特別重要,因為它落在了自由漂浮物體之前罕見的範圍內,這一範圍介於較輕的行星和較重的棕矮星之間,通常被稱為愛因斯坦沙漠。這一發現證明了這一空白並不是空的。
隨著精確測量質量的流浪行星的確認,該研究強有力地支持了自由漂浮行星普遍存在的理論。許多行星可能是在恆星周圍形成,後來被強大的重力力量驅逐出去,而其他一些則可能從未圍繞過恆星而獨立形成。然而,這裡所使用的技術仍然依賴於罕見的對齊,無法隨意地找到流浪行星。至今,每次檢測依賴於運氣。希望未來的研究能克服這一限制,提供更好的方法來識別這些無主的行星。此外,未來的任務,如 NASA 的 Nancy Grace Roman 太空望遠鏡和中國的地球 2.0 任務,旨在持續監測大範圍的天空,這也可能使微透鏡檢測變得更加頻繁。這項研究發表在《科學》期刊上。




