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首次!科学家发现与地球大小相似的“流浪行星”

2020-10-31 10:45 前瞻网   

 

到目前为止,科学家们已经发现了4000多颗系外行星。尽管许多已知的系外行星与我们太阳系的行星并不相似,但它们有一个共同点——它们都围绕着一颗恒星运行。

但茫茫宇宙间,还可能充满了神秘的“流浪行星”,它们的引力不受任何恒星的束缚。

由波兰天文学家领导的一个国际科学家小组,最近宣布他们发现了迄今最小的自由“流浪行星”——大约与地球一样大。具体结果发表在《天体物理学杂志快报》(Astrophysical Journal Letters)上。

首次!科学家发现与地球大小相似的“流浪行星”

系外行星很少能被直接观测到。通常,天文学家通过观察行星的主恒星发出的光来发现行星。例如,如果一颗行星从其母恒星的圆盘前穿过,那么该恒星的亮度就会周期性地下降一小部分,从而导致所谓的“凌日”现象。天文学家还可以测量由行星引起的恒星运动。

自由“流浪”的行星几乎不发射任何辐射,而且——根据定义——它们不围绕任何主星运行,因此它们无法用传统的天体物理探测方法去发现。

然而,“流浪行星”可以通过一种叫做引力微透镜(gravitational microlensing)的天文现象被发现。“微透镜效应”源于爱因斯坦的广义相对论——一个大质量的物体(透镜)可能会使一个明亮的背景物体(光源)的光发生弯曲。透镜的引力就像一个巨大的放大镜,使遥远恒星的光发生弯曲和放大。

“如果一个巨大的物体(恒星或行星)从地球上的观测者和遥远的源恒星之间经过,它的引力可能会偏转,聚焦来自行星源的光。加州理工学院的博士后学者和该研究的主要作者Przemek Mroz博士解释道。“观察到微透镜现象的机会非常渺茫,因为三个物体——光源、镜头和观察者——必须近乎完美地对齐。”如果我们只观察到一颗源星,我们将不得不等待将近100万年才能看到源行星被微透镜化。”

这就是为什么寻找引力微透镜现象的现代调查要监测银河系中心的数亿颗恒星,那里的微透镜现象发生的几率最高。

由华沙大学天文学家领导的“OGLE”调查小组就进行了这样一个实验。OGLE是规模最大、时间最长的天空探测之一,它在28年前开始运行。目前,OGLE的天文学家正在使用位于智利拉斯坎帕纳斯天文台(Las Campanas Observatory)的1.3米华沙望远镜(Warsaw Telescope)。在每个晴朗的夜晚,他们将望远镜对准银河系的中心区域,观察数亿颗恒星,寻找那些改变它们亮度的恒星。

引力微透镜不依赖于透镜的亮度,因此它能够研究暗淡或黑暗的物体,如行星。微透镜事件的持续时间取决于透镜物体的质量——透镜质量越小,微透镜事件越短。

大多数观测到的事件,通常持续数天,是由恒星引起的。由自由漂浮的行星引起的微透镜效应,其时间尺度仅为几个小时。通过测量微透镜事件的持续时间(以及其光曲线的形状),我们可以估计出透镜物体的质量。

科学家们宣布发现了迄今为止发现的时间尺度最短的微透镜现象,名为OGLE-2016-BLG-1928,其时间尺度仅为42分钟。

华沙大学天文台的Radoslaw Poleski博士是这项研究的合著者,他说:“当我们第一次发现这个现象时,很清楚它一定是由一个极其微小的物体引起的。”

事实上,该事件的模型表明,透镜的质量肯定小于地球,它可能是一个火星质量的物体。此外,这个镜头可能是一颗“流浪行星”的图像。

Radoslaw Poleski博士补充道:“如果透镜绕着一颗恒星运行,我们就能在事件的光曲线中探测到它的存在。”“我们可以排除行星的恒星在8个天文单位(天文单位是地球和太阳之间的距离)以内的可能性。”

几年前,目光敏锐的天文学家首次提供了银河系中存在大量“流浪行星”的证据。然而,这颗新发现的行星是迄今为止发现的最小的“流浪行星”。

“我们的发现表明,可以用地面望远镜探测到自由漂浮的低质量行星,并对其进行定性。”OGLE项目的PI Andrzej Udalski教授说。

天文学家怀疑,自由漂浮的行星实际上是在围绕恒星的原行星盘中形成的(即“普通”行星),它们是在与其他天体(例如系统中的其他行星)的引力相互作用后,从它们的行星系统中被“驱逐”出去的。

行星形成理论预测,被抛出的行星通常会比地球小。因此,研究“流浪”行星使我们能够了解年轻行星系的动荡的演进历史,比如我们的太阳系。

“流浪行星”的搜寻,是南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜(Nancy Grace Roman Space Telescope)的科学探测目标之一。该望远镜目前由美国宇航局建造。

由于这一事件的短暂性,需要韩国微透镜望远镜网(KMTNet)收集的额外观测资料来描述这一事件。KMTNet运营着一个由三个望远镜组成的网络,它们分别位于智利、澳大利亚和南非。

如果没有OGLE天空调查所进行的长期观测,这一发现是不可能的。该项目是规模最大、时间最长的天空调查项目之一,始于28年前。OGLE调查的首要目标之一是利用引力微透镜技术寻找和研究暗物质。目前的研究涵盖了广泛的主题——搜寻系外行星,研究银河系和邻近星系的结构和演化,研究变星、类星体、瞬变物和太阳系天体。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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