新搜尋方法發現十八顆以往被忽略的地球級系外行星

新搜尋方法發現十八顆以往被忽略的地球級系外行星


來自德國普朗克太陽系研究所(Max Planck Institute for Solar System Research,MPS)、哥廷根大學(Georg August University of Göttingen)和索內貝格天文台(Sonneberg Observatory)的天體物理學家雲利·海勒(René Hellerr)等人,重新分析刻卜勒太空望遠鏡(Kepler Space Telescope)觀測資料後指出:他們採用新型搜尋方法,發現了十八顆與地球大小差不多的行星,這種大小的行星在以往的搜尋方式中很容易被忽略,顯見他們的新搜尋法相當靈敏而奏效。新發現的系外行星中,有三顆比地球還小,甚至有1顆是已知系外行星中最小的之一,還有一顆則或許適合生命生存發展。這些科學家估計他們的新方法應該還能在刻卜勒觀測資料庫中多發現一百顆以上的系外行星。

目前已知系外行星數量超過四千顆,其中約九成六比地球大許多,大都可與氣體巨行星中的海王星或木星比擬。但是,類似地球這樣的小型行星因為很小而難以偵測,因此小型行星所佔的真實比例不見得會這麼低。而且這些地球級的小型行星中若有位在適居區裡的,就更會讓科學家們感興趣。

刻卜勒太空望遠鏡是透過行星經過母恆星前方,使母恆星被遮蔽而稍微變暗的凌日法來偵測系外行星的存在,從母恆星周期性亮度降低的時間長短和幅度,科學家可以估計這顆系外行星的直徑和公轉周期等。這十八顆新發現的系外行星中,最小的一顆直徑僅有地球的六成九,最大的約地球直徑的兩倍,能遮蔽的母恆星面積過小,若用先前的搜尋方式的話,其靈敏度不足以偵測到這十八顆行星。原先的標準偵測演算方式是辨別亮度突然下降的現象,然而由於恆星盤面有臨邊昏暗(limb darkening)效應,即因恆星是立體球體的關係,所以從地球看到的恆星平面盤面的邊緣比中間稍暗,所以當系外行星在盤面邊緣時,遮蔽到的星光比在盤面中間少,最大減光時刻就是在通過恆星盤面的中間點時。

大型行星遮蔽的程度比小型行星多,最大減光幅度也比較深而清晰,恆星的臨邊昏暗效應就沒那麼明顯,對這些行星的發現沒有太大影響。相對地,小型行星對恆星亮度的影響很小,以致於很難區分到底是恆星的自然亮度波動還是某種觀測雜訊的影響。Heller等人的新分析法的靈敏度大大改善了對這種行星凌日造成的光變曲線的辨認靈敏度,因而得以搜尋到更小的地球級系外行星。

海勒等人重新分析刻卜勒資料庫,其中K2任務中的五百一十七顆恆星都已確定至少擁有一顆凌日行星。新方式搜尋到的這十八顆系外行星,不僅之前不曾在這些恆星周圍發現過,而且絕大部分都是該行星系統中最小的行星。更甚者,絕大部分新行星的公轉軌道都比該行星系統先前已知的行星還靠近母恆星,因而使這些行星表面溫度可能超過攝氏一百度,有些甚至可能高達攝氏一千度。其中只有一顆 EPIC 201238110.02例外,它位在一顆紅矮星的適居區中,表示這顆行星距離母恆星的距離適中,若其表面有水的話,能以液態方式存在,而這是地球生命最需要的。

不過海勒等人的新搜尋方式也不是萬靈的,特別是那些離母恆星很遠、公轉周期很長的那些小型行星。他們目前還在繼續完善他們的程式,不過也好在這類行星很少。

【圖:美國太空總署;文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;新聞訊息由林景明提供】

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