瑞士天文學家發現奇怪的系外行星


由瑞士伯爾尼大學(University of Bern)領導的一隊國際研究小組,發現一顆圍繞紅矮星運行的亞海王星系外行星。紅矮星是小恆星,比我們的太陽涼爽得多。在這樣的恆星周圍,液態水可能出現在比我們的太陽系更靠近母星的行星上。系外行星與母星之間的距離是探測它是否存在的一個關鍵因素:行星離它的母恆星越近,能夠探測到的機會就越高。

離我們太陽系很遠的系外行星無法用望遠鏡直接觀察,因為它們太小,反射的光也太少。然而,探測此類行星的一種方法是用掩星觀測技術中的凌日法。這涉及使用望遠鏡尋找當行星從恆星前面經過時出現的恆星亮度下降。對恆星亮度下降的反復觀測可以精確測量行星圍繞恆星的軌道周期,而凌日的深度使研究人員能夠確定行星的直徑。當與其它方法(例如:使用徑向速度測量)的行星質量估計相結合時,可以計算行星的密度。

行星 TOI-2257 b 最初是由美國太空總署的凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite)太空望遠鏡的數據確定。這顆小恆星總共觀察了四個月,但觀察之間的差距意味著不清楚亮度的下降是否可以用軌道為 176天、88天、59天、44天或者35天的行星凌日來解釋。

伯爾尼大學 博士後研究員妮可·尚奇(Nicole Schanche)用位於智利沙漠的拉斯康柏瑞斯天文台(Las Cumbres Observatory)全球望遠鏡觀測這顆恆星隨後排除一顆軌道周期為59天的行星導致亮度下降的可能性。接下來,我們想知道35天的軌道周期是否可行。

憑藉35天的軌道周期,TOI-2257 b在近距離環繞母星運行,它的上面可能存在液態水,因此可能存在有利於生命出現的條件。在小紅矮星附近這個所謂的適居帶中的行星更容易研究,因為它們的軌道周期更短,因此可以更頻繁觀測到。TOI-2257 b的半徑比地球大2.2倍,顯示表明這顆行星相當氣態,高氣壓不利生命的存活。

妮可·尚奇解釋:「我們發現TOI-2257 b沒有圓形的同心軌道,它是至今為止發現的圍繞冷星運行的最古怪的行星。就潛在的可居住性而言,這是個壞消息。雖然這顆行星的平均溫度很舒適,但它的溫度從 -80°C 到大約 100°C 不等,具體取決於行星在其軌道上的位置,遠離或靠近母星。對這個令人驚訝的軌道的一種可能解釋是,在系統的更遠處,一顆巨大的行星潛伏著並擾亂了TOI 2257 b的軌道。測量恆星徑向速度的進一步觀測將有助於確認偏心率並尋找可能在凌日法過程中無法觀測到的其它行星。」

去年12月25日成功發射的韋伯太空望遠鏡將徹底改變對系外行星大氣的研究。為了優先考慮使用韋伯太空望遠鏡進行觀測的良好候選者,開發一種透射光譜度量(transmission spectroscopy metric)方法,用於對不同的系統屬性進行評級。妮可·尚奇解總結説:「TOI-2257 b相對於透射光譜度量處於有利位置,是進一步觀測最有吸引力的亞海王星目標之一。特別是,可以研究這顆行星的特徵跡象,例如大氣中的水蒸氣。」

【圖:《天文學及天體物理學報》第657卷論文;文:節譯自瑞士伯爾尼大學2022年1月7日新聞公佈】研究全文刊登在2022年1月由歐洲南方天文台出版的第657卷《天文學及天體物理學報》標題是:TOI-2257 b: A highly eccentric long-period sub-Neptune transiting a nearby M dwarf

TOI = TESS Objects of Interest = Transiting Exoplanet Survey Satellite Objects of Interest = 凌日系外行星巡天衛星感興趣對象星表 = 凌日系外行星巡天衛星目標星表

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