天文学家发现红巨星对附近行星破坏力超预期

IT之家 11 月 9 日消息，借助美国国家航空航天局（NASA）的“凌日系外行星巡天卫星”（TESS），天文学家发现：处于所谓“红巨星”阶段的年老恒星，对其轨道附近行星的破坏力比此前预想的还要大。这一发现对我们理解太阳未来演化为红巨星时地球及整个太阳系的命运，具有重要意义。

据IT之家了解，科学家利用 TESS 来搜索系外行星，他们通过观测系外行星在其恒星前方经过（即“凌日”）时造成的星光微弱变暗现象来实现这一目标。研究人员从近 50 万颗恒星的行星系统初始数据出发，最终筛选出由 TESS 探测到的约 15,000 个潜在行星信号；随后，团队应用一种计算机算法，进一步识别出其中仅围绕刚进入红巨星阶段恒星运行的候选行星，总数约为 130 颗，其中 33 颗为首次被发现的新候选体。

分析结果显示：在红巨星附近极难探测到轨道较近的行星，这表明大量行星在其宿主恒星演化为红巨星过程中已被彻底摧毁。

“这是强有力的证据，表明恒星一旦离开主序阶段，便能迅速促使邻近行星轨道衰减、螺旋坠入并最终被吞噬。这一现象长期处于理论争议之中，而如今我们得以直接观测其影响，并在大样本恒星群体层面进行量化。”研究团队成员、华威大学研究员爱德华・布莱恩特（Edward Bryant）在声明中表示，“尽管我们早预料到该效应的存在，但仍对红巨星吞噬近轨道行星的惊人效率感到意外。”

当恒星核心的氢燃料耗尽，无法继续通过核聚变（即氢聚变为氦）维持能量输出时，便标志着其主序阶段的终结，并进入红巨星演化阶段。此时，恒星核心开始收缩；而外围富含氢的壳层却仍在持续燃烧，导致外层剧烈膨胀，恒星体积可膨胀至原先的千倍之巨。

显而易见，这对其近邻行星而言是灾难性的。例如，约 50 亿年后，当太阳步入红巨星阶段，它将膨胀并吞噬水星与金星，甚至可能波及地球轨道。

然而，研究团队指出：恒星的破坏机制不仅限于物理吞噬。

“我们认为，行星的毁灭源于行星与恒星之间的引力‘拔河’—— 即‘潮汐相互作用’。”布莱恩特进一步解释道，“随着恒星演化膨胀，此类相互作用显著增强。就像月球引力在地球上引发潮汐一样，行星也会对恒星施加拉力。这些潮汐作用会持续削弱行星轨道能量，使其轨道不断收缩，最终螺旋内坠，直至解体或坠入恒星。”

数据印证了这一机制：团队聚焦于已开始膨胀的恒星后发现，其拥有行星的概率仅为 0.11%，较主序恒星低约 3 个百分点；此外，红巨星宿主拥有类木星或土星级别巨行星的概率，亦随恒星年龄增长而持续下降。

那么，这一发现对地球能否熬过太阳的红巨星转变意味着什么？

“相较于我们研究中那些距离宿主恒星更近的巨行星，地球显然处于更安全的位置。但需注意，我们仅考察了主序后演化阶段最初的一至两百万年 —— 恒星后续仍有漫长的演化历程。”团队成员、伦敦大学学院研究员文森特・范・艾伦（Vincent Van Eylen）指出，“与研究中缺失的巨行星不同，地球本身或许能侥幸逃过太阳红巨星阶段的直接吞噬。然而，地球上的生命几乎不可能幸存。”

下一步，研究团队计划收集更多数据，以深入探究为何部分行星成为老年恒星的‘猎物’，而另一些却得以幸免 —— 这或将为地球未来的存续前景提供关键线索。

“一旦我们精确测定这些行星的质量，便有望厘清究竟是何种物理机制驱动其轨道衰减并最终被摧毁。”布莱恩特总结道。

该研究成果已于 2025 年 10 月刊发于《皇家天文学会月刊》（*Monthly Notices of the Royal Astronomical Society*）。