WD 1856 b是目前唯一经证实的、从类太阳恒星死亡中存活下来的行星案例。它是一颗木星大小的行星，围绕一颗白矮星运行——白矮星是类太阳恒星燃尽后留下的残骸。近日，一支天文学家团队首次借助詹姆斯·韦伯太空望远镜对这颗行星进行了近距离观测，所发现的结果让这个本已奇特的星系变得更加神秘。
WD 1856 b的发现纯属意外。2020年，天文学家将TESS天文台对准约2000颗白矮星进行观测。这些恒星是类太阳恒星经历红巨星阶段后留下的残骸，最终形成一个地球大小、主要由碳和氧等元素构成的天体。TESS团队原本在寻找可能从这些死星表面经过的彗星或小行星等小型天体，却在WD 1856系统中发现了一颗气态巨行星。
"他们一看到就说，这不对劲。"康奈尔大学理论天体物理学家、近期《自然》杂志WD 1856 b相关研究的共同作者克里斯托弗·奥康纳说。
这颗白矮星的体积约为围绕其运行的气态巨行星的七分之一。按理说，每当行星从白矮星前方经过时，其亮度应该几乎降至零，但实际上亮度仅下降约一半。奥康纳认为，原因在于这是一次"掠食凌星"——行星盘的边缘仅仅扫过恒星表面。"这是一个极其罕见的观测角度，"他说，"但这是解释我们实际观测结果的唯一方式。"
更奇特的是，该行星距白矮星仅约0.02天文单位，这与我们对恒星死亡如何重塑星系的认知相悖。奥康纳解释说："恒星膨胀成红巨星时，会吞噬内层行星。"之后，在收缩成白矮星的过程中，恒星会损失约一半的原始质量，引力因此变弱。"气态巨行星等外层行星理应向外迁移约两倍距离，"他说。
然而，WD 1856 b显然没有向外迁移，反而离恒星更近了。
这一发现立刻在科学界引发轰动。"这让理论天体物理学家们陷入了一场思维盛宴，"奥康纳说，"当你发现一个完全反常、完全处于错误位置、完全超出以往任何认知框架的天体时——那是宇宙在邀请我们发挥创造力。"不过，科学家首先需要更多数据才能展开创造性思考，于是奥康纳团队预约了詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测时间，对WD 1856系统展开深入研究。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测于2023年4月27日进行，捕捉到了一次仅持续8分钟的凌星事件。恒星与行星之间悬殊的大小比例，以及特殊的观测角度，带来了直接的技术难题。标准的系外行星透射光谱学假设较小的行星完全遮挡在更大恒星的表面，而此处的情况恰恰相反。
为此，团队开发了新方程，将透射光谱表达为行星与恒星星盘重叠面积随时间变化的函数。随后，他们对用于根据韦伯望远镜数据重建系外行星大气层的软件POSEIDON进行了修改，使其能够适应掠食凌星的几何构型（该软件由研究首席作者瑞安·麦克唐纳开发）。数据处理完成后，WD 1856 b的大气层呈现出一些令人意外的特征。
研究发现，这颗行星被气溶胶雾霾所笼罩，大气层中含有甲烷，且温度远超团队预期。WD 1856 b向太空辐射的能量约为其从正在冷却的宿主星接收能量的25倍。尽管据奥康纳估计，这颗恒星已经"死亡"约60亿年，这颗行星却依然在发光。
奥康纳认为，这一异常温度揭示了WD 1856 b的大量历史信息。
"我们预期这颗行星的温度与木星大致相当，但事实并非如此，"奥康纳说。在距离一颗已冷却60亿年的白矮星约0.02天文单位处，WD 1856 b的温度本应在150至200开尔文之间，接近木星云顶温度，实际温度却约为400开尔文。"无论是什么导致这颗行星发光，热量必定来源于内部，而非仅仅是对恒星辐射能量的再辐射，"奥康纳说。
研究团队认为，这颗行星不可能还在辐射形成之初留存的热量，某种机制必定在某个时间点对其进行了加热。团队通过行星冷却模型反向推算，估算出加热事件发生的时间，并由此推断出WD 1856 b移动至如此近轨道最可能的原因。
团队最初提出两种竞争性假说，来解释WD 1856 b如何进入当前轨道。第一种是"公共包层"模型：行星最初处于近距离轨道，当宿主星膨胀为红巨星时被吞没，但在高温和紧贴残骸核心的状态下从恒星包层中存活下来。第二种是"高偏心率迁移"模型：行星起初距离较远，在伴星天体（WD 1856拥有两颗遥远的恒星伴星）的引力扰动下，轨道变得不稳定，随后经过数十亿年、历经多次高度椭圆形轨道的螺旋式向内运动，最终迁移至当前位置。
这两种假说的关键区别在于时间节点。公共包层演化结束于恒星红巨星阶段终止时，在本案例中约为54亿年前；而高偏心率迁移可以在此后数十亿年内将行星送入当前轨道。
团队将行星当前温度代入冷却模型进行反向推算，发现再加热事件最可能发生在红巨星阶段结束后的30亿至55亿年之间——这一时间对公共包层假说来说太晚了。"我们将行星的温度解读为迁移过程中残留的热量，"奥康纳说，"而且我们认为，从时间节点来看，这只能是通过与伴星之间的引力相互作用实现的。"
不过，这一解释存在一个值得注意的问题。
计算中使用的冷却模型是针对类木星大气成分构建的，其中甲烷约占大气的0.3%。而在WD 1856 b上，甲烷含量约达7%。由于甲烷是一种效力极强的温室气体，这种差异可能对模型的预测结果产生偏差。奥康纳表示，可能有必要针对大气成分更接近WD 1856 b的天体建立新模型，以确保对这颗幸存行星演化过程的理解是准确的。"这需要付出相当专注的努力，"他说。不过，这类努力或许很快就会得到回报。
WD 1856距地球仅约75光年，几乎可以说是我们的银河系近邻。奥康纳将这种近距离视为一个暗示——也许还有更多行星在宿主星死亡后存活了下来。"如此近的距离，暗示可能还有很多类似天体等待被发现，"他说。不过，在展开大规模寻找行星幸存者的探索之前，团队希望先对WD 1856系统进行更详细的研究。
"我们已经对这个系统进行了额外的詹姆斯·韦伯望远镜观测，那是在我们提交这篇论文之后很久才进行的。我们的团队其实才刚刚开始，"奥康纳说。
Q&A
Q1：WD 1856 b是怎么被发现的？
A：WD 1856 b的发现完全出于意外。2020年，天文学家使用TESS天文台观测约2000颗白矮星，原本是为了寻找从恒星表面经过的彗星或小行星，结果却意外发现了这颗气态巨行星。它是目前唯一经证实的从类太阳恒星死亡中幸存下来的行星。
Q2：WD 1856 b的温度为什么比预期高那么多？
A：按照距离推算，WD 1856 b的温度本应在150至200开尔文之间，与木星云顶温度相近，但实际测量约为400开尔文。研究团队认为，这些多余的热量来自行星内部，很可能是数十亿年前行星在引力扰动下向内螺旋迁移过程中产生并残留的热量，而非来自宿主白矮星的辐射。
Q3：詹姆斯·韦伯太空望远镜在观测WD 1856 b时遇到了哪些技术挑战？
A：主要挑战来自两方面：一是行星比白矮星大得多，传统透射光谱学假设行星完全遮挡恒星，此处完全不适用；二是观测角度为掠食凌星，行星只有边缘部分扫过恒星表面。为此，团队开发了新方程并改进了POSEIDON软件，以适应这一特殊的几何构型。