9月25日，在預印本網站arXiv.org上刊載的一篇論文引發關(guan) 注，美國哈佛大學史密森尼天體(ti) 物理中心的天文學家羅珊娜·迪斯蒂法諾及其研究團隊利用錢德拉X射線天文望遠鏡獲得的數據，通過X射線掩食法在距離地球2800萬(wan) 光年外的渦狀星係（Whirlpool Galaxy）中發現了一顆候選行星，這有望成為(wei) 一顆新發現的銀河係外行星。據計算，這顆被命名為(wei) M51-ULS-1b的候選行星半徑略小於(yu) 土星。

　　從(cong) 太陽係內(nei) 到太陽係外，從(cong) 銀河係內(nei) 再到銀河係外，人類探索遙遠行星的腳步從(cong) 未停止過。瑞典天體(ti) 物理學家米歇爾·馬約爾和天文學家迪迪埃·奎洛茲(zi) ，就是憑借1995年首次在太陽係外發現一顆圍繞主序星運行的行星，共同分享了2019年諾貝爾物理學獎。這一次，研究人員如何發現這顆銀河係外的候選行星？發現這顆候選行星有什麽(me) 意義(yi) ？

　　光學望遠鏡難以直接觀測遙遠天體(ti)

　　天體(ti) 距離地球越遙遠，就越難用望遠鏡直接觀測。此前，科學家尋找銀河係外行星的主要方法是利用微引力透鏡現象。

　　南京大學天文與(yu) 空間科學學院教授周禮勇解釋道，遙遠處背景天體(ti) 發出的光線會(hui) 受處於(yu) 前景的天體(ti) 引力所影響，發生光線彎曲、光度增強等現象。在我們(men) 看來，遙遠處的天體(ti) 就像被“增亮”了，這種現象被稱為(wei) 微引力透鏡現象。

　　2018年2月，一項發表在《天體(ti) 物理學快報》上的研究宣稱，科學家首次發現銀河係外的一群行星，利用的就是微引力透鏡現象。

　　利用微引力透鏡現象一度被認為(wei) 是有效探測距地球遙遠天體(ti) 的唯一方法。周禮勇表示，通過觀察微引力透鏡現象，不僅(jin) 可以確定銀河係外行星的存在，還能根據信號的特征頻率推算出其質量。“不過，行星引起的微引力透鏡現象轉瞬即逝，且無法重複，所以利用微引力透鏡現象觀察到的銀河係外候選行星，很難得到後續觀測的進一步證實。”周禮勇說。

　　而對於(yu) “不那麽(me) 遙遠”的太陽係外行星，最常用的探測方法包括淩星法和徑向速度法。

　　淩星法的本質是研究行星淩星所造成的恒星亮度變化。但造成恒星亮度變化的因素不隻有行星的遮擋（淩星），還有可能來自恒星本身的活動。就像太陽黑子、爆發等，這些都有可能形成被測量恒星的光變曲線。

　　周禮勇也表示，係外行星距離地球比較遠，所以當它們(men) 掠過宿主恒星表麵時，如果行星半徑相對於(yu) 恒星而言很小，我們(men) 很難在恒星的光變曲線中識別出淩星的信號。“這就像尋找1000公裏外路燈下的一隻螢火蟲一樣難。”他說。

　　相較於(yu) 銀河係內(nei) 行星，銀河係外行星距離地球更加遙遠。“距離我們(men) 幾千萬(wan) 光年的銀河係外，單個(ge) 恒星本身已經難以分辨，其行星的淩星就幾乎不可能觀測到了。”周禮勇說。

　　突破口是忽強忽弱的X射線

　　尋找銀河係外行星，淩星法真的無能為(wei) 力嗎？

　　實際上，迪斯蒂法諾研究團隊所使用的X射線掩食法跟淩星法基本一致。“原理上都是一樣的，都能夠給出遮擋與(yu) 被遮擋天體(ti) 相對大小的信息。”中國科學院紫金山天文台副研究員陳果說。

　　所謂掩食法，即通過觀測恒星的光線變化情況來尋找行星。當行星運行到觀測者與(yu) 恒星之間時，恒星亮度會(hui) 因行星的遮掩發生變化。如果這一變化存在周期性，那麽(me) 我們(men) 就有可能利用掩食法追蹤到這顆行星的蹤跡。

　　銀河係內(nei) 的淩星觀測大多在光學和紅外波段進行。“因為(wei) 一般恒星輻射的X射線較弱、輻射的可見光較強，而且X射線會(hui) 被地球大氣吸收，用X射線掩食法進行觀測就比較難。”周禮勇解釋道。

　　與(yu) 可見光相比，X射線波長短、能量高，更易穿透宇宙塵埃和氣體(ti) 雲(yun) 團。因此，迪斯蒂法諾研究團隊關(guan) 注的就是X射線。

　　在銀河係之外，X射線主要源自X射線雙星係統。這類係統由一顆普通恒星和一個(ge) 大質量恒星的遺骸（黑洞或中子星）構成。後者巨大的引力能吸積伴星的物質，在這個(ge) 過程中，吸積盤會(hui) 釋放出X射線。“在這類係統的淩星現象中，X射線波段的亮度變化非常明顯，因為(wei) X射線的發射區域集中在狹小的空間，行星經過時，甚至能將X射線發生區域完全遮住。”周禮勇告訴記者。

　　2012年，錢德拉X射線天文望遠鏡捕捉到了一個(ge) 事件——在距離地球超過2800萬(wan) 光年的渦狀星係中，X射線源逐漸變弱直至為(wei) 零，然後重新出現。對這一信號進行分析和計算後，迪斯蒂法諾團隊判定這是一顆行星導致的淩星現象。

　　實際上，X射線源變弱又變強，原因可能有多種，比如存在另一顆小恒星（如白矮星）使X射線源黯然失色。但研究團隊認為(wei) ，M51-ULS-1b不是白矮星或其他類型的恒星，因為(wei) 這片區域的雙星係統太年輕，此類物體(ti) 無法在附近演化。研究人員排除了另一顆恒星阻擋X射線源的可能，認為(wei) 這是銀河係外的一顆候選行星。

　　為(wei) 搜索係外行星提供新思路

　　從(cong) 候選行星到被確認為(wei) 銀河係外行星，還有多遠的距離？

　　陳果坦言，“候選行星”隻是眾(zhong) 多可能性中的一種，“探測到的光變又是孤立事件，遠遠達不到能夠確認的程度”。

　　“實際上，首先要確認的是這種光變特征是否能被重複觀測；若能重複，它是否存在周期性。另外，用掩食法測出的是天體(ti) 的相對大小。因此，被遮擋天體(ti) 的尺寸估量是否準確將會(hui) 嚴(yan) 重影響前方遮擋天體(ti) 的尺寸確定。所以，這個(ge) 天體(ti) 是不是真的略小於(yu) 土星的尺寸，也要打個(ge) 問號。”陳果分析道，最好能通過其他技術手段限定這顆天體(ti) 的質量，才能對該天體(ti) 是否是行星做出評估。

　　需要強調的是，這項研究還隻是刊發在預印本網站arXiv.org上，未經過進一步研究確認。從(cong) 候選行星到被確認為(wei) 銀河係外行星，尚需時日。

　　不過，研究團隊提供了一種搜索行星的新思路。“主要是搜索方法上的啟發，也許X射線掩食法也可以用於(yu) 銀河係內(nei) 行星的搜索。”周禮勇說。

　　工欲善其事，必先利其器。迪斯蒂法諾團隊能取得此次研究進展，錢德拉X射線天文望遠鏡功不可沒。

　　1999年，美國發射錢德拉X射線天文望遠鏡，歐洲發射XMM—牛頓衛星，成為(wei) 世界X射線天文學時代開啟的標誌性事件。作為(wei) 我國自主設計研製的首顆大型X射線天文衛星，“慧眼”在2017年6月15日成功發射。“慧眼”集全天球掃描、目標定點凝視、小天區深度掃描、γ暴探測等多種探測模式於(yu) 一身，不僅(jin) 填補了我國空間X射線天文衛星探測的空白，還能為(wei) 我國科學家提供遙遠宇宙中的天體(ti) 的高靈敏度圖像。