一次幸運(yùn)的引力透鏡事件終于讓科學(xué)家們成功測(cè)量到這顆在銀河系中孤獨(dú)飄蕩的"無家可歸"行星的質(zhì)量。

行星通常由其所環(huán)繞的恒星來定義。一旦失去恒星，行星幾乎無法被探測(cè)到——因?yàn)樘煳膶W(xué)家探測(cè)行星的幾乎所有方法都依賴恒星的光線或運(yùn)動(dòng)軌跡。沒有恒星相伴的孤行星幾乎不發(fā)出可見光，也不會(huì)給望遠(yuǎn)鏡留下可追蹤的明顯信號(hào)。天文學(xué)家早就懷疑銀河系中充斥著許多這樣的星際流浪行星，它們要么是從誕生星系中被拋射而出，要么從未有過宿主恒星。但直到現(xiàn)在，還沒有人能夠證明這些天體確實(shí)是行星。

這項(xiàng)新研究通過精確測(cè)量一個(gè)自由漂浮天體的距離和質(zhì)量，終于給出了確鑿證據(jù)。這顆質(zhì)量與土星相當(dāng)?shù)牧骼诵行?，正朝著銀河系中心方向飄移，距離地球約1萬光年。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將流浪行星從理論概念推進(jìn)到了直接觀測(cè)階段。論文作者之一、北京大學(xué)天文系教授董博指出："我們的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明，銀河系中可能大量存在流浪行星。"

為什么流浪行星如此難以確認(rèn)？大多數(shù)已知系外行星都是通過其宿主恒星暴露蹤跡的：有些在掠過恒星前方時(shí)會(huì)遮擋星光，有些則會(huì)對(duì)恒星產(chǎn)生輕微引力擾動(dòng)。但流浪行星不提供任何此類線索——它們幾乎不自身發(fā)光，也沒有相互作用的恒星，本質(zhì)上處于不可見狀態(tài)。天文學(xué)家探測(cè)這類天體的唯一途徑是通過引力效應(yīng)：當(dāng)大質(zhì)量天體經(jīng)過地球與遙遠(yuǎn)背景恒星之間時(shí)，其引力會(huì)彎曲星光，使背景恒星短暫增亮。這種被稱為"引力微透鏡"的現(xiàn)象，提示著有看不見的天體穿越了視線。

但微透鏡技術(shù)存在嚴(yán)重局限：增亮模式無法唯一確定透鏡天體是"小而近"還是"大而遠(yuǎn)"。這種被稱為"質(zhì)量-距離簡(jiǎn)并"的不確定性，意味著早期探測(cè)無法排除褐矮星等更重天體，因此天文學(xué)家無法斷言流浪行星是否真實(shí)存在。

幸運(yùn)的是，一次特殊排列解決了這個(gè)難題。新確認(rèn)的流浪行星正是在微透鏡事件中被發(fā)現(xiàn)的。研究團(tuán)隊(duì)指出："我們報(bào)告了
KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516微透鏡事件，通過地基與天基望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合觀測(cè)，首次突破了質(zhì)量-距離簡(jiǎn)并困境。"

這次事件的特殊性在于，歐洲空間局的蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡恰巧也觀測(cè)到了它。由于蓋亞與地球存在空間位置差異，微透鏡信號(hào)的時(shí)間特征在太空和地面觀測(cè)中呈現(xiàn)細(xì)微差別。研究人員表示："這個(gè)微透鏡事件恰好位于蓋亞進(jìn)動(dòng)軸的垂直方向，這種罕見幾何關(guān)系使蓋亞在16小時(shí)內(nèi)觀測(cè)到6次信號(hào)，且始于增亮峰值附近。"

正是這種微小差異讓研究人員得以計(jì)算"微透鏡視差"，從而直接確定透鏡天體的距離。獲知距離后，團(tuán)隊(duì)最終計(jì)算出該天體質(zhì)量：距離地球約3000秒差距（約1萬光年），質(zhì)量約為木星的22%（相當(dāng)于70個(gè)地球質(zhì)量），略小于土星。事件涉及的背景星被確認(rèn)為紅巨星，這幫助完善了測(cè)量精度。

該質(zhì)量數(shù)值意義重大：它恰好落在以往很少觀測(cè)到的自由漂浮天體質(zhì)量區(qū)間——介于較輕行星與較重褐矮星之間，這個(gè)區(qū)間常被稱為"愛因斯坦沙漠"。此次發(fā)現(xiàn)證明，這片"沙漠"并非空無一物。

通過精確測(cè)量質(zhì)量確認(rèn)流浪行星，這項(xiàng)研究為"自由漂浮行星普遍存在"的理論提供了有力支持。許多流浪行星很可能最初形成于恒星周圍，后來被強(qiáng)大引力拋射而出；另一些或許從未環(huán)繞過恒星，獨(dú)自誕生于星際空間。

不過，當(dāng)前技術(shù)仍依賴罕見的天體排列，無法隨意發(fā)現(xiàn)流浪行星。目前每次探測(cè)都取決于機(jī)緣巧合。未來，美國(guó)宇航局的南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡和中國(guó)的"地球2.0"等巡天項(xiàng)目將持續(xù)監(jiān)測(cè)廣闊天區(qū)，有望使微透鏡探測(cè)變得更為頻繁。

該研究成果已發(fā)表于《科學(xué)》期刊。