提起宇宙中熾熱的天體，我們都會想到太陽之外的恆星。但那些未能變成恆星的天體，就一定更平靜嗎？或許給出答案前我們還需思考。科學家們最近發現的天體WD 0032-317B，其表面升到了約8000攝氏度。也就是說，太陽的表面溫度在它面前也只不過是「小巫見大巫」。
如此高溫到底是怎樣形成的？我們一起往下揭開天體的奧秘。
Part.1
恆星的死亡，白矮星的誕生
在宇宙中，核反應主要是聚變：氫這樣的輕元素經歷上億度的高溫，聚合成更重的元素並釋放能量。包括太陽在內的所有恆星，都會這樣產生能量。聚變停止後，剩餘物質不具有放射性，相對而言要「乾淨」得多。
太陽連同所有其他恆星都是由一種稱為核聚變的反應提供動力。
如果核聚變能夠在地球上覆制，那麼它可以提供幾乎無限的清潔、安全和廉價的能源，以滿足世界的能源需求。
（圖片來源：NASA/SDO/AIA）。
對於恆星而言，這個過程稱為恆星的死亡階段。（太陽並不是永恆存在的）在恆星正常的生命時期，核聚變集中在核心區域。經過幾十甚至上百億年漫長的燃燒之後，中心的氫元素已被消耗殆盡，逐步生成更重的元素：氦，甚至碳、氧……
隨著燃料消耗殆盡，恆星核心不再產生向外的熱壓力，逐漸被自身的重量壓塌，向內不斷收縮，直至縮小到了一定程度，殘骸內部電子的斥力逐漸上漲，與殘骸自身質量造成的引力恰好互相抵消。此時，龐大的恆星核心已經縮成了一個小球。死亡恆星的核反應剩餘物形成了一種新的天體：白矮星（有些恆星變成了白矮星，有些變成了黑洞）。
白矮星
（圖片來源：Veer相簿）
白矮星質量不輕，尺寸卻很小。以WD 0032-317為例，它達到太陽質量的四成，直徑卻不到太陽的3%，足足比太陽緻密幾萬倍。這樣一來，能夠散熱的表面積就很小，恆星死亡後殘餘的高溫能保持很長時間。
我們假設白矮星剛產生100萬年，這正是理論估計的WD 0032-317年齡。儘管這短暫的冷卻時間比起恆星幾十億年的壽命而言簡直微不足道，但它仍然殘留著37000攝氏度的高溫，遠遠高於太陽表面5500攝氏度的溫度，相當於藍巨星的水平。
實際觀測的WD0032-317輻射變化曲線。
在白矮星和褐矮星繞轉的過程中（上方示意圖），地球上觀察到的白矮星輻射流量發生週期性的變化。
（圖片來源：參考文獻[1]）
雖然白矮星不是通過放射性衰變過程產生能量，但純粹由於高溫引起的能量也十分驚人。熱能主要以紫外線和可見光的方式散發出去，如同透過地球臭氧空洞照射而來的致癌性紫外線，足以擊碎生物大分子。
而WD 0032-317身邊的星球，就承受了這熾烈的擁抱。
Part.2
褐矮星：目前已知晝夜溫差最大的星球
WD 0032-317B，「WD」代表「white dwarf」，即白矮星。在數字編號後面加個「B」，代表這個系統中的第二顆天體——褐矮星WD 0032-317B。
褐矮星藝術概念圖
（圖片來源：NASA）
要是拿太陽系裡的天體類比，褐矮星有點像木星。它們也是氣體凝聚的，只不過它比木星要更重，質量大體在13到80個木星之間。
WD 0032-317B則達到了79個木星那麼重。要是再重點兒，自引力帶來的內部壓力升溫就能在核區點燃核反應，它就成為恆星了。
所以，WD 0032-317B雖然是氣態巨行星裡面的「將軍」，實際上卻是恆星家族裡的「矮子」。
不僅如此，它還是一顆被「潮汐鎖定」的星球。白矮星與它的引力作用導致它的軌道發生變化，自轉與公轉週期逐漸同步，正如同月球那般。
因此，WD 0032-317B只有一面永遠朝著白矮星，這一面稱為「白晝側」。白矮星釋放的能量傾瀉在這一面上，永遠亮如白晝。而在背面，褐矮星的星體遮擋了白矮星的光，永遠沒有直射，因此稱為「黑夜側」。
天文學家對WD 0032-317B進行了測量。經過他們的分析，WD 0032-317B的白晝側足足達到了將近8000攝氏度。在它面前，太陽都顯得暗淡起來——太陽的表面溫度為5500度，還比它低2000多攝氏度呢！
WD 0032-317B晝夜側的溫度估計圖。
紫色與灰色曲線分別代表黑夜側和白晝側的能量分佈，天藍色曲線代表白矮星能量分佈，黑色曲線代表總體能量分佈。
（圖片來源：參考文獻[1]）
而在黑夜側，由於照不到白矮星，褐矮星的地表溫度驟然下降到2000攝氏度左右。這是目前已知晝夜溫差最大的星球，達到了6000攝氏度之多。
氣態的褐矮星圍繞著宇宙中一顆白矮星旋轉，表面席捲著比太陽表面溫度還高的熱浪。人類顯然無法在這樣的星球上生存，甚至都無法靠近。褐矮星的表面溫度已經遠遠超過了鋼鐵的沸點，白晝一側連金剛石都會沸騰。
正因為這樣的強大能量，褐矮星很可能經歷著劇烈的內部湍動，甚至向太空中拋灑出自身的物質。儘管WD 0032-317B還未被證實這點，但類似的天體KELT-9b卻已經被觀察到這一現象。它在白晝側4300攝氏度的情況下，顯露出了彗星尾巴一樣的物質外流。
白矮星釋放能量造成的行星物質蒸發示意圖
（圖片來源：EarthSky官網）
Part.3
白矮星-褐矮星：天文研究的完美組合
當然，對WD 0032-317B的這項觀測研究，並不只是在宇宙中獵奇而已，它還對行星演化研究有著重要的啟示。
褐矮星本身大小類似木星，而溫度又很高，因此能夠充當那些離恆星很近的氣態巨行星——「熱木星」——的近似物。
熱木星是目前行星演化領域的熱門話題。通常來說，它們很難被探測到，因為它們繞著熾熱而明亮的大質量恆星公轉，被恆星刺眼的光芒所掩蓋。
兩顆熱木星與木星和地球的尺寸對比示意圖
（圖片來源：中國科學院）
此前，人們往往只能通過引力作用來間接探測熱木星，也就是檢測對應的恆星在熱木星的引力作用下產生微弱的運動異常。但是這些恆星自身往往也在快速旋轉，還會釋放出大量星風物質，這都給測量運動是否異常帶來了困難。
將白矮星-褐矮星這種組合作為恆星-熱木星的替代品，有特別的優勢。
首先，白矮星尺寸很小，這樣褐矮星就能離它足夠近，被照得足夠熱。
其次，白矮星能發光的表面積小，比熱木星的恆星闇弱很多，不會掩蓋身邊的褐矮星，這樣就更有希望對褐矮星直接成像，而無需通過間接手段探測。
此外，WD0032-317和WD0032-317B這個系統本身，還給恆星的末期演化提供了新的資訊。按照觀測的情況來看，褐矮星的年齡應該有幾十億年。但白矮星質量很小，說明它的前身星應該有更長的壽命。研究人員認為，褐矮星此前可能參與了白矮星的演化，加速了它前身星的死亡。
Part.4
結語
二十年前，WD 0032-317B也曾進入過天文學家的視野，但卻被忽視了。那時候它的黑夜側正朝向地球，在望遠鏡裡不夠顯眼。或許是因為當時的科學家們還未擁有足夠先進的觀測儀器，亦或者是宇宙的探索本就並非易事。
二十年後，WD 0032-317B重新進入人們的視野。相信在未來，科學家們藉助高解析度的望遠鏡繼續觀測，就可以構建WD 0032-317B的三維大氣模型，揭曉其白晝與黑夜兩側如此大的溫差是如何分佈的，從而幫助我們進一步理解類似的氣態巨行星。
關於WD 0032-317B這顆熾熱的星球，更多的故事還在路上。關於宇宙中的繁星點點，更多的發現也在等著我們。
參考文獻:
1. Na’ama Hallakoun, Dan Maoz, Alina G. Istrate, et al. An irradiated-Jupiter analogue hotter than the Sun.
2. Elizabeth Gamillo. Astronomers find a brown dwarf that’s hotter than the Sun.
3. Atmosphere Models of Brown Dwarfs Irradiated by White Dwarfs: Analogs for Hot and Ultrahot Jupiters. Joshua D. Lothringer and Sarah L. Casewell. 2020 ApJ 905 163. DOI: 10.3847/1538-4357/abc5bc
文章首發於「科學大院」公眾號