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ESO在M67星团中发现围绕孪生太阳的行星
ZingyYore
>《天之文》
2014.02.05
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借助欧洲南方天文台(ESO)位于智利的高精度径向速度法系外行星搜索仪(HARPS),以及全球的其他望远镜,天文学家发现了疏散星团M67中的三颗系外行星。现在我们已经确认了一千多颗系外行星,但只有极少的几颗位于星团中。而更重要的是,这次发现的三颗中,有一颗围绕着孪生太阳——各方面与太阳都极为接近的恒星。
M67中热木星的效果示意图,大图:
12.3MB
,版权:ESO,研究者团队,下同。
本图是艺术效果图,形象展示了疏散星团中群星的效果。当然从真实情况看,那些群星只能是亮一些,但不可能看到圆面的。
我们现在知道,系外行星极为普遍。这些系外行星的母恒星散布在整个天空中,年龄和化学成分的范围都极为广泛。但是,迄今为止,在星团中发现的系外行星还是极少(注1)。这真令人感到奇怪,因为我们知道,绝对多数的恒星都形成于星团之中(事实上我们还没发现过单独形成的一颗恒星——译注)。天文学家想兴趣的是,星团中的环境是否与单颗恒星有区别,以解释这种奇怪的不同。
新研究报告首席作者、德国海德堡是马克斯-普朗克研究院地球外物理研究所的Anna Brucalassi(女)团队想在星团中发现的系外行星,她解释说:“在疏散星团M67中,所有的成员星年龄几乎相同,而且化学成分与太阳相似。这使得它成为理想的实验室,用以研究在如此拥挤的环境中,到底能形成多少行星,以及它们主要在大质量还是小质量恒星周围形成?”
团队主要借助ESO位于智利拉西亚天文台3.6米望远镜上著名的高精度径向速度法系外行星搜索仪(HARPS),研究结果还参考了全球数个天文台的观测数据(注2)。他们仔细观测M67中选出的88个恒星(注3),持续6年记录它们的光谱,以发现它们朝向或者离开地球的微小摆动——这是存在行星影响母恒星的证据。
M67在巨蟹座星空的定位,版权:ESO,IAU,夜空和望远镜杂志。
M67位于北天的巨蟹座,离我们约2500光年,包含500多颗恒星。星团中的大部分恒星都比通常的系外行星研究目标更暗,要发现由行星造成的微弱摆动信号,HARPS使出了浑身解数。
结果团队发现了三颗系外行星,其中两颗围绕着类太阳恒星,另一颗围绕着大质量的红巨星。前两颗的质量都为木星的1/3左右,围绕炽热母恒星的公转周期分别为7天、5天;第三颗系外行星的质量比木星更大,公转周期长达122天。
第一颗发现的系外行星的母恒星很值得一说——它与我们的太阳极为类似,属于孪生太阳(注5)。这是首次在星团中发现有行星围绕着孪生太阳旋转。
M67所在星空的广域大图,大图:
48.7MB
,版权:ESO,DSS2。
三颗系外行星中的两颗属于“热木星”:大小与木星相当,但离母恒星近得太多,因此比木星热得多。三颗行星所在区域都比各自宜居带近得多,液态水无法存在(基于这些行星这么大的质量,它们是否位于宜居带本身已经不重要,译注)。
研究报告合作者、德国加尔兴市ESO总部的Luca Pasquini(注6)总结说:“这些观测显示,与单个恒星相比,疏散星团一样普遍存在着系外行星——但它们难以探测到。新成果与早期找寻星团中行星的失败工作形成对照,但与那些最新的(成功)观测相符。我们将继续观测M67,以找出根据质量和化学组成,哪些恒星拥有行星,哪些没有。”
A. Brucalassi团队的研究报告已经发表在《天文学和天体物理学》期刊上,标题:“M67星团中发现三颗系外行星”。
附注
1、星团分为两个类型。疏散星团由一群恒星组成,形成于离现在较近年代的一大团气体尘埃云;它们大部分位于像银河系这样旋涡星系的旋臂中。球状星团包含的恒星数量远大于疏散星团,由非常古老的恒星组成,绕星系的中央核球运行。尽管经过仔细搜寻,还没有在球状星团中发现一颗系外行星;而在疏散星团中发现的也仅有六颗。过去两年间,分别在NGC 6811、M44中各发现一颗,最近刚刚在明亮的近邻星团——毕星团中发现了一颗系外行星。
M67中三颗对应恒星的参数。
2、团队还使用了法国上普罗旺斯(Haute-Provence)天文台的SOPHIE光谱仪,同样位于拉西亚天文台的瑞士1.2米莱昂哈特?欧拉望远镜,以及美国德克萨斯州Hobby Eberly望远镜。
3、大部分的疏散星团在几千万年中消亡,但是某些成员星高度集中的能够维持很长时间。M67就是这样一个长寿命的范例,它属于最老的疏散星团之一,因为离地球很近,成为良好的研究对象。
4、使用径向速度法估计系外行星的质量,我们只能获得质量的下限值:假如它们拥有高轨道倾角,要产生同样的引力摄动效应,就需要大很多的质量。
与太阳相似的恒星,根据它们的近似程度,分为太阳型恒星、太阳相似体(Solar analogue,比如南门二AB星都是)、孪生太阳(Solar twin)。其中孪生太阳与太阳最相似:表面温度差异<50K、质量基本相等;恒星金属含量差<12%;没有伴星。虽然太阳类恒星很普遍,但孪生太阳极为罕见。
6、这次在M67的88个样本中发现3颗系外行星,从平均概率分布看,与星团外单独恒星的发现概率差不多。
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