微引力透镜研究表明系外行星以海王星类型居多

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-12-24 14:17:40 | 作者:Melipal 译 | 来源:NASA | 浏览:779次 ]

原文标题:Microlensing Study Suggests Most Common Outer Planets Likely Neptune-mass

作者:Francis Reddy   原文来自:NASA   Posted: 2016. 12. 15

编译:Melipal   审校:Linq(编译版权所有,未经许可请勿转载)

对使用微引力透镜法发现的行星进行的新统计表明,海王星质量的星球可能是在行星系统冰冷的外边缘形成的最常见类型。这项研究第一次说明了远离主星有待发现的行星类型,科学家猜测,这里的行星形成效率最高。

海王星质量的星球可能是行星系外边缘最常见的类型。点击下载NASA戈达德科学可视化工作室的视频(图片提供:NASA)

本项研究的领导者、来自马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)NASA戈达德太空飞行中心与马里兰大学巴尔的摩(Baltimore)郡分校的博士后研究员Daisuke Suzuki说:“我们发现了低温行星看上去最佳的大小。与一些理论相反,我们是根据当前的探测进行推断的,发现质量接近海王星的行星数量最多,而且在低质量区行星的数量看上去没有增加。我们的结论是,在外围轨道上海王星质量的行星要比在类似木星轨道上的木星质量行星常见10倍。”

微引力透镜利用的是爱因斯坦广义相对论预言的大质量天体对光线的弯折效应。从地球上看去,当一颗前景星(透镜体)偶然与一颗背景恒星(源天体)方向吻合时,就会发生这种现象。当透镜恒星在环绕银河系运行的轨道上飘荡时,这种排列会在数日到数周的时间里发生变化,改变源天体的视亮度。其中具体的变化方式会为天文学家提供透镜恒星本性的线索,其中就包括它是否可能拥有行星。

小组成员、来自戈达德中心的天体物理学架戴维·班尼特(David Bennett)说:“我们主要是确定行星和主星之间的质量比以及间距。对于大约40%的透镜行星来说,我们可以确定出主星的质量,进而就知道了行星的质量。”

使用微引力透镜法发现的系外行星有50余颗。作为比较,使用其他方法,如运动探测或行星导致的主星减暗发现的行星数以千计。由于透镜法所需的天体排列很罕见且发生随机,天文学家必须要监测数以百万的恒星,来查明标示着微引力透镜发生的亮度变化信号。

这张图表描绘了4769颗系外行星及行星候选体的质量与相对雪线的距离。图中雪线以青色垂直线表示,是水与其他物质冻结为固体的地方。微引力透镜法对该区域的行星尤为敏感。行星的颜色表示发现方法,图例如右侧所示。NASA开普勒望远镜发现的未证实行星候选体的颜色是基于其尺度计算的。作为比较,图中还描绘了太阳系的行星。点击下载NASA戈达德科学可视化工作室的多媒体信息(图片提供:NASA's Goddard Space Flight Center)

然而微引力透镜法潜力巨大。它可以探测到较其他方法距离主星远数百倍的行星,让天文学家可以研究银河系中宽阔的区域。这一技术可以判定质量较小且距离主星距离更远的系外行星,而且足够灵敏,可以发现自己单独飘过银河系而不属于任何恒星的行星。

NASA的开普勒与K2任务格外成功,发现了大量让主星减暗的行星,其中现在已经证实了超过2500颗。这一技术对密近行星较敏感,但对更远的行星不太适用。微引力透镜巡天是开普勒的补充,最适合研究行星系统的外边缘,而对靠近主星的行星不那么敏感。

来自日本大阪大学的研究组成员Takahiro Sumi说:“结合微引力透镜与其他方法,就可以为我们提供更为清晰的全景,说明银河系中的行星组成。”

从2007年到2012年,日本和新西兰合作的天体物理学微引力透镜观测(MOA)小组向天文学界发布了3300次预警,说明了正在进行中的微引力透镜事件。Suzuki的小组辨认出了1474次得到良好观测的微引力透镜事件,其中的22次表现出了明确的行星信号。这其中包括4颗之前从未被发现的行星。

为了以更多的细节研究这些细节,小组还采用了同期另一项重要的微引力透镜项目——光学引力透镜实验(OGLE)的数据,以及在MOA和OGLE预警之后其他旨在作后续研究的项目进行的观测。

根据这些信息,研究者确定出了行星与恒星质量比以及二者间距的出现频率。对于一颗拥有行星且质量60%于太阳的典型恒星来说,典型的透镜行星质量介于地球的10到40倍之间。作为比较,我们太阳系中的海王星质量相当于地球17倍。

这一结果表明,低温海王星级行星可能是在所谓的雪线之外最常见的行星类型。雪线是在行星形成期间水分保持冻结的界限。在太阳系中,雪线据信位于2.7倍日地间距处,位于如今的小行星主带中间。

这张艺术概念图中这样的海王星级系外行星可能是行星系冰封区域最常见的类型。在距离年轻恒星一定距离之外,水分与其他物质会永远保持冻结,由此会形成大量的冰态天体,它们彼此碰撞,形成了新行星的核心。在前景中,一个此时期留下的冰态天体从行星旁边漂过。(图片提供:NASA/Goddard/Francis Reddy)

一篇描述这些发现的论文发表在12月13日的《天体物理学报》上。

Suzuki说:“在雪线之外,在距离恒星较近处呈现气态的物质会凝聚为固态天体,这就为行星形成的过程增加了可用的物质。这也是我们认为此处行星形成最有效率的原因,也是微引力透镜法最为灵敏的地带。”

NASA的广域红外巡天望远镜(WFIRST)预计将于21世纪20年代中期发射,它将开展广泛的微引力透镜巡天。天文学家预期,它将给出数千颗行星的质量和距离信息,完成开普勒开始的工作,并第一次提供银河系范围内行星特性的普查。

NASA的艾姆斯研究中心为NASA的科学任务理事会管理着开普勒和K2任务。加州帕萨迪那(Pasadena)的喷气推进实验室(JPL)负责开普勒的任务研发。波尔(Ball)航天技术公司在科罗拉多大学玻尔得(Boulder)分校大气与空间物理实验室的支持下负责开普勒飞行系统的操控。

WFIRST计划由戈达德中心管理,参与方包括JPL、巴尔的摩的空间望远镜研究所、同样位于帕萨迪那的红外数据处理分析中心,还有一支由全美研究机构成员组成的科学小组。

更多关于开普勒协同MOA和OGLE等地面观测使用微引力透镜法搜索行星的工作请访问:https://www.nasa.gov/feature/ames/kepler/searching-for-far-out-and-wandering-worlds/

(全文完)

Tags:微引力透镜 系外行星

责任编辑:Melipal

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