如何给婴儿系外行星称重?这两颗卫星这样来称

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一颗非常年轻的系外行星质量首次由欧洲航天局(ESA)的“盖亚”(Gaia)及其前身希普帕科斯(Hipparc

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一颗非常年轻的系外行星质量首次由欧洲航天局(ESA)的“盖亚”(Gaia)及其前身希普帕科斯(Hipparcos)卫星的数据披露。荷兰莱顿大学的天文学家伊格纳斯·斯耐伦和安东尼·布朗从宿主恒星在很长一段时间内的运动中推断出了这颗星的质量。这颗行星是一颗类似于木星的气体巨星,但根据新的估计,它的质量是木星的9到13倍。它绕着Pictoris这颗星运行,它是座星群中第二亮的恒星。


博科园-科学科普:这颗行星是在2008年由位于智利的欧洲南方天文台的超大望远镜拍摄到的照片中发现。这颗行星和这颗恒星都只有2000万年的历史——大约比太阳系年轻225倍,它的年轻使系统有趣,但也难以研究使用传统的方法。在贝塔环面系统中,行星基本上是刚刚形成的,因此可以得到一幅行星如何形成以及它们在进化初期如何表现的图片。另一方面,恒星是非常热的,旋转很快,它会脉动。

从欧洲南方天文台(ESO) 3.6 m望远镜和欧洲南方天文台8.2 m超大型望远镜上的纳科仪(NACO)拍摄的这张合成照片中,可以看到Pictoris b星球围绕着它的主星旋转。图片:ESO/A-M. Lagrange et al.

这种行为使得天文学家难以精确测量恒星的径向速度——即它周期性地向地球或远离地球的速度。恒星径向速度的微小变化,是由附近行星的引力引起,通常用来估计系外行星的质量。但这种方法主要适用于那些已经经历了其演化的早期阶段系统。使用径向速度法之前,行星的质量范围的上限已经达到了。为了得到更好的估计,天文学家使用了一种不同的方法,利用Hipparcos和盖亚的测量结果,揭示了这颗行星所在恒星在天空中随时间的精确位置和运动。


恒星移动的原因各不相同,首先恒星像太阳一样围绕着银河系中心旋转。它从地球上以直线运动的形式出现在天空中。我们称之为固有运动。然后是视差效应,它是由地球绕着太阳转引起的。正因为如此,在过去的一年里,从略微不同的角度看到了这颗恒星。此外,还有一种被天文学家描述为恒星在其轨道上运行轨迹“微小摆动”的现象,即由于行星在其轨道上的引力作用而偏离预期轨道的极小偏差。这是相同的摆动,可以通过径向速度的变化来测量,但沿着不同的方向-在天空的平面上,而不是沿着视线。

天文学家可以测量系外行星的质量,方法是观察由轨道行星引力引起的母星轨迹微小偏差。这些可以沿着视线观察,寻找恒星径向速度的微小变化,或者通过天文测量的方法观察天空。图片:European Space Agency

如果没有行星就会观察它的偏离,然后根据偏离的重要性来测量行星的质量。行星质量越大,偏差就越明显。为了能够做出这样的评估,天文学家需要观察恒星的轨迹很长一段时间,才能正确理解其固有运动和视差效应。盖亚号探测器旨在观测银河系中超过10亿颗恒星,最终将能够提供大量系外行星的信息。在盖亚4月份发布的第二次数据发布中所包含的22个月的观测数据中,这颗卫星已经记录了星的大约30次,然而这还不够。


盖亚将发现数千颗系外行星,这仍在科学家的研究清单上,这些系外行星只能在任务后期才能被观测到的原因是,为了测量这些系外行星造成的微小摆动,需要在数年内追踪恒星的位置。将盖亚的测量数据与欧空局Hipparcos任务的数据相结合,使得伊格纳斯和安东尼能够更快地得到结果。这导致了第一次成功地使用天文测量方法估计年轻行星的质量。将Hipparcos和Gaia(时差约为25年)的数据结合起来,会得到一个非常长期的运动。

这种适当的运动也包含了由轨道行星引起的成分。Hipparcos本身就无法找到这颗行星,因为它看起来就像一颗完全正常的单星,除非对它进行更长时间的测量。现在通过结合盖亚和希帕尔科斯,观察长期和短期固有运动的差异,可以看到行星对恒星的影响。这一结果代表了进一步了解行星形成过程的重要一步,也预示着盖亚未来数据发布将释放出令人兴奋的系外行星发现,研究结果于2018年8月20日在《自然天文学》上发表。


博科园-科学科普|参考期刊文献 :《Nature Astronomy》|研究/来自:European Space Agency,DOI: 10.1038/s41550-018-0561-6

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