长蛇座TW——潜在系外行星导演的“皮影戏”

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2017-01-25 21:53:04 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:2027次 ]

原文标题:Hubble Captures 'Shadow Play' Caused by Possible Planets

原文作者:John Debes;Felicia Chou,Donna Weaver,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2017.1.7

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2017.1.7:简单的影子就可能泄露宇宙的秘密。日全食就是月球影子的奇迹,而一千多颗系外行星,就是通过它们从母恒星前方经过时产生的影子而被编录在册。现在,天文学家被一个巨大的影子从围绕邻近年轻恒星的气体尘埃盘上扫过所震惊。因为盘面以一个倾斜的角度朝向我们,我们得以鸟瞰整个系统;影子在盘面上移动,就像指针在钟面上移动,不过“影子”指针要16年才能转一周。


长蛇座TW盘面上的影子移动图示,下图为效果增强。大图:4.0MB,版权:NASA、ESA,研究者团队;下同。

搜寻围绕其他恒星的系外行星,是一个棘手的任务。它们又小又远,很难被拍摄到。不过一个潜在的行星,以一种独特的方式泄露了它在邻近恒星系统的存在:影子在广阔的气体尘埃盘上移动。

这颗行星本身当然不能产生如此巨大的影子,但它的引力作用就像起重机一样,吸引靠近恒星的内盘物质,扭曲的内盘在外盘上产生了影子的移动。

由马里兰州巴尔的摩市美国太空望远镜科研所(STScI)的约翰·戴博斯(John Debes)领导的天文学家团队,介绍说上述剧本是他们在长蛇座TW系统中发现影子的貌似最可信解释。长蛇座的含义是雌性水蛇,位于天球赤道以南,是全夜空最长的星座。长蛇座TW离我们约192光年,年龄仅约800万年,质量比太阳略小(Wikipedia上说约为0.8个太阳质量,译注)。研究者分析了18年来美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜的观测档案库,发现了此现象。

Debes解释:“这是非常具有意义的第一次,我们在这么长的时间内对一个恒星的系统盘具有如此多的图像,从而看到了这个有趣现象。我们预期该影子现象在年轻恒星盘中具有普遍性。”(研究都讲究所谓的唯一、首次,所以特意强调为very first)

长蛇座TW的看不见行星导致内盘翘曲,并在整个盘面上产生影子的示意图。大图:4.0MB

在德克萨斯州葡萄藤(Grapevine)市召开的2017年度全美天文学冬季大会上,Debes 公布了其团队的研究成果。

Debes团队的首个线索这个恒星盘的亮度随位置而改变。天文学家借助哈勃的空间望远镜成像光谱仪(STIS),在2005年首次注意到这种亮度不对称。但他们只有一次观测数据,无法对此神秘特征做出决定性的判断。

通过搜索哈勃数据档案库,Debes团队获得了不同时期的6幅图像,它们分别由STIS、近红外相机和多目标摄谱仪(NICMOS)获得。

STIS配备有星冕仪以遮蔽星光,使得哈勃能看到相当靠近恒星的天体,距离大约为太阳到土星的距离——16亿千米(km)。随着时间的迁移,这个亮度不对称结构看起来以逆时针方向在气体尘埃盘上移动,到了2016年,重新回到了2000年图像中的位置。

研究者困惑于这个16年的周期。他们起初认为,该特征结构是盘面的一部分,但短周期意味着该结构在盘面上移动得太快,早该脱离。根据万有引力定律计算的盘面的旋转速度,长蛇座TW的外缘盘面至少需要一个世纪才能公转一周。

Debes分析道:“我在离母恒星160亿km外看到如此的运动事实很重要,它告诉我们,与其认为该事件发生于盘面本身,不如认为有事件投影在盘面上。最佳解释是影子在盘面上移动。”

PDF报告插图:在外盘不同距离(AU)处测量的影子角度与各年份关系,由此计算得出,影子中心每年移动 -22.7°。

研究团队分析认为,无论是什么产生了这个巨大的影子,它必须位于650亿km宽的气体盘内缘深处,其距离近得哈勃抑或当代的其他望远镜,都无法观测到。产生影子的最可能途径是,有一个相对于外盘倾斜的内盘。事实上根据智利的阿塔卡玛大型毫米射电阵列(ALMA)在亚毫米波段的观测,推测其内盘有扭曲的可能性。

是什么导致了内盘的弯曲?Debes继续推演:“貌似最可能的剧情是一颗看不见行星的引力影响,把物质从盘面中拉出,并扭曲了内盘。偏离的内盘位于行星的轨道内侧。”

要使影子产生短至16年(PDF报告中精确到15.9年)的类似钟面的周期运动,这颗行星离母恒星的距离估计约为1.6亿km——相当于太阳到地球的距离(注原文如此为100 million miles,显然错误,PDF报告中为5AU。根据开普勒第三定律,行星半长轴的三次方与公转周期的平方之比,等于GM/4π²;由此推算5个日地平均距离才是合适的,译注。审校意见:译者可能理解有误,PDF文章中提及的行星距离母恒星的距离很可能约为1.1AU,即约1.6亿千米。而译者认为的5AU在文中指,根据观测结果推测,很可能内盘5AU区域存在一个不规则的倾斜结构,给外侧盘带来了影子;再追究原因,很可能是半径1.1AU的倾斜盘的进动造成的)。要从原行星盘中拉出足够物质,行星的质量至少应与木星相当。行星的引力作用导致盘出现摇摆——天文学称为进动,使影子出现16年的周期运动。

当前基于智利ALMA的观测增加了长蛇座TW含有行星的证据。ALMA揭示盘面在离母恒星约1.4千万km(9 million miles)有一条缝。环缝是存在行星的信号,因为行星能在盘面中沿轨道清理出一条路。

本文的哈勃研究项目,提供了一个独特的方法,去寻找隐藏在原行星盘内部的、非常靠近恒星区域的行星,并探索其行为,这些行星是当前的望远镜技术无法直接成像的。Debes总结道:“令人惊喜的是,我们可以通过调查行星盘的外部区域影子的运行、位置和响应情况,了解看不见的内部区域发生了什么。我们的研究显示,虽然我们不能直接观测看不见的内盘,但仍能探测到其动力学的变化。”  

译者注:哈勃官网新改版后,不得不继续吐槽。

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