太阳系被各种色彩斑斓的恒星邻居所环绕。在距离这里大约30光年的范围内，有74颗主序星、284颗红矮星和21颗白矮星。
这些恒星是系外行星搜寻者的有吸引力的目标，因为它们如此之近，相对容易研究。事实上，天文学家已经在其中60颗恒星周围发现了行星系统。
然而，其中大多数是围绕主序星和红矮星的。相比之下，围绕白矮星发现的系外行星屈指可数。这是因为主要的行星探测技术对这些恒星效果不佳。
因此，天文学家们非常希望有另一种方法来寻找白矮星周围的系外行星，特别是那21颗近在咫尺的、令人垂涎的恒星。
轨道天文台
现在，德克萨斯农工大学科лледж站的Mary Anne Limbach和她的同事们开发了一种全新的方法，利用詹姆斯·韦伯太空望远镜来寻找围绕白矮星运行的系外行星。
这项新技术应该能够确定这些行星的大气成分，甚至能探测到它们大气中的生物信号。目前，有两种技术主导着天文学家寻找系外行星的方式。事实上，98%的系外行星都是通过这两种技术发现的。
第一种方法测量恒星的亮度，并通过行星经过时恒星亮度的下降来探测系外行星。这种凌日技术的问题在于，白矮星非常小，半径不到太阳的2%。它们也相对昏暗，只有太阳亮度的千分之一。这使得凌日测量极具挑战性。
第二种主要技术测量恒星在行星围绕其运行时产生的摆动方式。这种径向速度变化会移动恒星的光谱，天文学家可以通过观察光谱中各种峰值和谷值的移动来看到它。
白矮星的问题在于它们的光谱几乎没有特征，就像完美的黑体一样。这些平滑的光谱使得径向移动难以探测。事实上，没有一颗系外行星是通过这种方法在白矮星周围发现的。
但Limbach和她的同事们意识到，这些缺乏特征的光谱可能允许他们使用另一种方法来探测系外行星。他们的新技术依赖于这样一个事实：系外行星会吸收其母星的光，并且倾向于在光谱的红外部分再次发出。
因此，Limbach等人设想，在某些情况下，可以看到这种红外系外行星光谱叠加在白矮星缺乏特征的黑体光谱上。最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜非常适合这类观测，因为它能探测到光谱的红外部分。
为了检验他们的想法，研究小组创建了一个模型，模拟已知白矮星在被一颗木星大小的系外行星或一颗地球大小的天体环绕时，其光谱会是什么样子。
然后，他们确定了詹姆斯·韦伯太空望远镜需要多长时间观测这些恒星才能收集到足够的光线来探测到这些特征。
最后，他们模拟了充满甲烷、臭氧和水等生物信号的系外行星大气光谱会是什么样子，以及是否也能被观测到。
结果表明，詹姆斯·韦伯太空望远镜可以成为探测附近白矮星周围系外行星的强大工具。Limbach和她的同事们表示，只需几个小时的观测，就可以确定是否有木星大小的天体围绕附近任何一颗白矮星运行。在某些情况下，木星大小的系外行星在红外部分的光度甚至可能比其母星更亮。
要探测我们最近的21颗白矮星邻居周围的地球大小的系外行星，需要更长的观测时间，大约10小时。而生物信号将更难探测，但Limbach和她的同事们表示，它们可能在我们最近的6颗白矮星邻居周围可观测到，这些恒星都位于23光年以内。他们表示，詹姆斯·韦伯天文台应该在25小时的观测时间内发现这样的信号。
生物信号探测
这是一个重要的结果。各种太空观测站正在计划寻找附近系外行星上的生物信号。但Limbach和她的同事们证明，詹姆斯·韦伯太空望远镜已经具备了探测白矮星生物信号的能力。“如果在这个不起眼的地方存在大量的生命，如果我们选择寻找的话，我们很可能在不久的将来通过JWST在这些星球上探测到生物信号，”他们说。
这似乎不是一个艰难的选择。白矮星并不是寻找生命的明显场所。它们小而暗淡，所以它们的宜居带往往非常靠近恒星，以至于那里的任何行星都会被潮汐锁定。
但这些条件并非完全排除生命存在的可能。而且，与其他许多类型的恒星不同，白矮星可以在数十亿年内保持稳定，为生命提供充足的时间来立足，如果它能够做到的话。
那么，詹姆斯·韦伯太空望远镜应该去这些地方寻找生物信号吗？在不进行搜索的情况下就排除生命存在的可能性，肯定是非常不明智的。
参考：一种寻找附近白矮星系外行星和探测生物信号的新方法：arxiv.org/abs/2209.12914
