2019-08-31 06:55:01
创新新仪器发现系外行星无法在隐藏的秘密

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美国研究小组以前所未有的壮举,在夏威夷Maunakea的8米双子座望远镜上使用强大的新仪器发现了一颗难以捉摸的系外行星的秘密。这项研究结果不仅将木星大小的系外行星划分为一个近似的双星系统,而且还首次最终证明了这颗恒星绕行星轨道运行。

当美国宇航局艾姆斯研究中心的史蒂夫·B·豪威尔及其团队使用他们设计的高分辨率成像仪器Alopeke(福克斯当代夏威夷语)时,取得了突破。该团队观察到系外行星开普勒-13b,它在距离我们大约2000光年远的开普勒-13AB双星系统中的一颗恒星前面(过渡)。在此尝试之前,系外行星的真实性质是一个谜。

“对开普勒-13b感到困惑:它是一个低质量的恒星还是像木星一样的热门世界?所以我们用狡猾的仪器'Alopeke设计了一个实验,”豪威尔说。该研究最近发表在“天文学杂志”上。 “我们同时监测着恒星,开普勒A和开普勒B,同时寻找行星运输过程中亮度的任何变化,”豪威尔解释道。 “令我们高兴的是,我们不仅解开了这个谜团,而且还打开了一个进入系外行星研究新时代的窗口。”

“双重胜利提升了像'Alopeke在系外行星研究中”这样的仪器的重要性,“双子座赞助机构之一国家科学基金会的克里斯戴维斯说。 “双子座天文台精湛的视觉和望远镜能力,以及创新的'Alopeke仪器使这一发现在仅仅四小时的观测中成为可能。”

'Alopeke执行“散斑成像”,每分钟收集一次60毫秒的曝光。在处理了大量数据之后,最终图像没有大气湍流的不利影响 - 大气湍流可能会膨胀,模糊和扭曲星形图像。

“大约有一半的系外行星围绕一个居住在二元系统中的恒星运行,然而,直到现在,我们仍然无法确定哪颗恒星能够存在这个星球,”豪威尔说。

该团队的分析显示,开普勒A的光线明显下降,证明了这颗行星绕两颗恒星的亮度运行。此外,'Alopeke同时提供红色和蓝色波长的数据,这对于散斑成像器来说是一种不寻常的能力。比较红色和蓝色数据,研究人员惊讶地发现,恒星蓝光的下降大约是红光下降的两倍。这可以通过具有非常扩展的大气的热系外行星来解释,其更有效地阻挡蓝色波长的光。因此,这些多色散斑观察给出了这个遥远世界的外观的诱人一瞥。

早期的观察曾经指出过境物体要么是低质量的恒星,要么是褐矮星(在最重的行星和最亮的恒星之间的某个物体)。但豪威尔和他的团队的研究几乎可以肯定地显示出这个物体是一颗类似木星的气体巨型系外行星,由于暴露于其主星的巨大辐射而具有“膨胀”的气氛。

'Alopeke在智利的双子座南望远镜中有一对双胞胎,名叫Zorro,这是西班牙语中狐狸的名字。与'Alopeke一样,Zorro能够在蓝色和红色波长下进行散斑成像。这两种仪器在两个半球中的存在使Gemini天文台能够解决已知在多星系统中的数千颗系外行星。

“在快速,低噪声探测器等技术变得更容易获得的情况下,散斑成像正在经历复兴,”团队成员和Alopeke仪器科学家安德鲁斯蒂芬斯在双子座北望远镜中说。 “结合双子座的大型主镜,'Alopeke通过在搜索中添加另一个维度,真正有可能使更多重要的系外行星发现。”

法国天文学家安托万·拉贝里(Antoine Labeyrie)于1970年首次提出,散斑成像基于这样一种观点,即当获得非常短的曝光时,大气湍流可以“冻结”。在这些短暂的曝光中,恒星看起来像小斑点或斑点的集合,其中每个斑点都具有望远镜最佳分辨率的大小。当进行多次曝光并使用巧妙的数学方法时,可以重建这些斑点以形成源的真实图像,消除大气湍流的影响。结果是望远镜可以产生最高质量的图像,从地面有效地获得基于空间的分辨率,使这些仪器成为可能拥有行星的太阳系外环境的极好探测器。

围绕其他恒星运行的行星的发现改变了我们在宇宙中的位置。太空任务,如美国宇航局的开普勒/ K2太空望远镜和过境系外行星测量卫星(TESS)已经发现,天空中的行星轨道恒星的数量是肉眼可见的恒星的两倍;到目前为止,总发现次数徘徊在4,000左右。虽然这些望远镜通过在行星穿过它前面寻找恒星亮度的微小倾角来探测系外行星,但它们有其极限。

“这些任务观察到包含数十万颗恒星的大视野,因此它们没有必要进行更深入探测所需的精细空间分辨率,”豪威尔说。 “系外行星研究的主要发现之一是大约有二分之一的系外行星轨道恒星存在于二元系统中。理解这些复杂系统需要能够进行时间敏感观测并以非常清晰的方式研究细节的技术。”

“我们与开普勒-13b的合作是未来多星系统中系外行星研究的模型,”豪威尔继续说道。 “这些观测结果强调了使用像双子座这样强大的望远镜进行高分辨率成像的能力,不仅可以评估哪些恒星有行星在二进制中,而且可以有力地确定系外行星运行的哪些恒星。”

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