山顶上的星猎人,新光谱仪开始搜寻系外行星

[ 录入者:zhangms | 时间:2017-12-12 13:34:19 | 作者:唐一尘 | 来源:科学网 | 浏览:705次 ]

新超高分辨率光谱仪开始搜寻系外行星。图片来源:R. Wesson/ESO

欧洲南方天文台(ESO)近日宣布,一架用于搜索系外行星的新设备,看到了来自宇宙的第一缕光线。这个名为岩石系外行星和稳定光谱观测阶梯光栅光谱仪(ESPRESSO)能通过测量由行星引力引起的恒星光谱变化,探测系外行星。

对于这种技术而言,当其更近轨道上有更多大质量行星时,恒星摆动的信号更大。ESPRESSO有超高分辨率、更宽的波长范围,并被安装于位于智利的甚大望远镜(VLT)上,科学家希望它能分辨出具有与地球相似的质量和轨道的行星。

“这是此类设备中全世界最成熟的。”英国剑桥大学天文学家Didier Queloz说。1995年Queloz与合作者发现了第一颗围绕一颗标准恒星运行的系外行星。

在系外行星科学发展的早期,这种“径向速度”方法就是一种可选择的技术,因为昏暗的行星太过微弱,以至于人们无法在其附近恒星的耀眼光芒中看到它。而从地球上的观测者的角度来看,一颗在轨的系外行星会反复“拖拽”其母恒星,而恒星速度变化可以利用其光的频率的多普勒频移被探测到。

实际上,径向速度也称视向速度,即当行星绕恒星转动时,其引力作用在恒星上,使恒星围绕着恒星和行星的共同质量中心旋转。人们就是利用这种办法发现了数百颗系外行星。

但近几年来,该技术逐渐被凌日探测技术取代。当行星通过恒星前方时,会让恒星暂时变暗,就发生了凌日。自2009年开始,美国宇航局(NASA)的开普勒太空望远镜就利用凌日探测发现了数千颗系外行星。

由于它们的工作方式的不同,这两种方法揭示了一颗系外行星的不同特征。两者都揭示了行星轨道,但径向速度指向了行星的质量,而凌日则揭示了它的大小。当然,在理想情况下,天文学家想要知道这两者。

Queloz提到,研究人员开始“明白径向速度对于质量而言是必不可少的,这就让人们对测量这些数据产生兴趣”。一些地基仪器一直在不停地测量系外行星的径向速度,其中包括ESO的高精度径向速度行星搜索器(HARPS)和美国加州大学利克天文台的自动化行星探测器。但天文学家想要的更多。

这激发人们开始设计新一代光谱仪,以便使用不同技术寻找系外行星,并覆盖不同的波长范围。上一代光谱仪可以测量每秒1米左右的恒星摆动速度。例如,木星以每秒13米的速度拖拽太阳,但地球只能达到每秒9厘米的径向速度。

而在新一代光谱仪中,ESPRESSO的目标是类地行星,灵敏度为每秒10厘米,甚至更慢。来自瑞士日内瓦大学的首席科学家Francesco Pepe说:“我们是第一个疯狂地做到这一点的人。”

可能它还无法找到地球的孪生兄弟,但ESPRESSO应该能够探测到比地球重3到4倍的超级地球,而且这些行星也围绕着一颗类似太阳的恒星运转。它也可以探测到在较小恒星周围的地球大小的行星,在这样的一个系统中,较弱的拖拽力就可以获得更大的速度。

Pepe也承认,与上一代相比,ESPRESSO并不是革命性的,更确切地说是扩大了HARPS的技术,并被用于更大的望远镜。“我们正在以目前有限的技术能力,做一些独特的事。”他说。

其中,一个最具挑战性的技术是激光频率梳,它能将激光束分成数十万相等频率间隔的光学频率序列,以提供一种参考网格来测量恒星光的多普勒频移。Pepe说,他们仍在努力让频率梳覆盖整个仪器的探测器

Queloz指出,ESPRESSO的力量在于它对更广泛的波长的敏感性,以及VLT巨大的光收集能力。在目前的径向速度测量中,研究人员正在对抗恒星动荡大气层引起的背景星光噪音。通过收集更多光线、覆盖更多波长,天文学家可以更好地“消除恒星大气的影响”,他说。

VLT包括4个相同的8.4米望远镜。而ESPRESSO的定位是,可以从任何一个或所有的望远镜中获得光。“它是一个多面手,能完全适应和融入VLT的灵活性。”Queloz说。(唐一尘编译)

 

 

Tags:ESO  恒星  系外行星 光谱仪

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