天文學(xué)家在銀河系內(nèi)部發(fā)現(xiàn)兩個(gè)“超級地球”，最近的33光年

近日, 來自美國麻省理工學(xué)院(MIT)和全球其它天文機(jī)構(gòu)的天文學(xué)家們在銀河系內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的多行星系統(tǒng)，其距離地球僅僅約33光年——這使它成為離我們最近的多行星系統(tǒng)之一。而在這個(gè)行星系統(tǒng)中, 至少有兩顆地球大小的巖石行星。

不過, 令人有些傷感的是, 這些巖石行星可能不適合居住，因?yàn)樗鼈兊能壍老鄬^接近，使行星暴露在溫度過高的環(huán)境中，無法維持液態(tài)水的存在。

據(jù)麻省理工學(xué)院的一份新聞稿介紹, 在這個(gè)多行星系統(tǒng)的中心有一顆又小又冷的M矮星，名為HD 260655。盡管這兩顆類地行星可能不處于宜居帶, 天文學(xué)家們?nèi)匀粚@個(gè)多行星系統(tǒng)感到興奮，因?yàn)樗木嚯x和亮度, 能夠讓天文學(xué)家們更近距離地觀察這些行星的屬性，以及它們可能擁有的任何大氣層的跡象。

“因?yàn)楹阈堑牧炼龋@個(gè)多行星系統(tǒng)里兩顆行星都被認(rèn)為是大氣研究的最佳目標(biāo)，”麻省理工學(xué)院的卡維里天體物理和空間研究所的博士后、該發(fā)現(xiàn)的首席科學(xué)家之一米歇爾·邦本(Michelle Kunimoto)說, “這些行星周圍是否有富含揮發(fā)性物質(zhì)的大氣層? 有水或碳基物種存在的跡象嗎?這些行星會(huì)成為這些探索的神奇試驗(yàn)臺。”

數(shù)據(jù)的力量

這個(gè)新的多行星系統(tǒng)最初由美國宇航局(NASA)的凌日系外行星勘測衛(wèi)星(TESS)發(fā)現(xiàn)，該衛(wèi)星項(xiàng)目由麻省理工學(xué)院主導(dǎo)，旨在觀察距離地球最近和最亮的恒星，并檢測可能表明有行星經(jīng)過的恒星周期性亮度下降現(xiàn)象。

2021年10月，麻省理工學(xué)院TESS團(tuán)隊(duì)的成員米歇爾·邦本在監(jiān)測衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)時(shí)，注意到HD 260655恒星的出現(xiàn)了一對周期性亮度下降即凌日的情況。邦本對這些信號進(jìn)行了檢測，認(rèn)為其可能是行星存在的跡象。

對新行星進(jìn)行分類并確認(rèn), 這一工作通常需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間。但對于HD 260655的這兩顆行星而言，這個(gè)過程卻由于全球天文學(xué)家們的合作而大大縮短。

在邦本確定了HD 260655周圍可能存在兩顆行星后不久，團(tuán)隊(duì)中另外一名成員就開始了解這顆恒星之前是否被其它望遠(yuǎn)鏡觀測到。幸運(yùn)的是，HD 260655被列入了美國夏威夷凱克天文臺的高分辨率梯級光譜儀(HIRES)進(jìn)行的恒星調(diào)查項(xiàng)目中。自1998年以來，HIRES一直在監(jiān)測這顆恒星以及其它恒星，而研究人員能夠訪問該調(diào)查項(xiàng)目的公開數(shù)據(jù)。

HD 260655也被列為另一個(gè)獨(dú)立恒星調(diào)查項(xiàng)目CARMENES的調(diào)查對象，而CARMENES是西班牙Calar Alto天文臺的項(xiàng)目, 數(shù)據(jù)為私人所有。為此, 麻省理工的團(tuán)隊(duì)聯(lián)系了HIRES和CARMENES的成員，希望能夠獲得兩方的數(shù)據(jù)。

經(jīng)過一番努力, 天文學(xué)家們最終同意合作。“這樣的溝通和互動(dòng)與實(shí)際觀察幾乎同樣重要。”TESS團(tuán)隊(duì)的另一名天文學(xué)家Avi Shporer說。

行星的拉力

約6個(gè)月后, HD 260655周圍存在兩顆行星被天文學(xué)家們證實(shí)。

為了確認(rèn)TESS收到的信號確實(shí)來自兩顆繞該恒星運(yùn)行的行星，研究者查看了HIRES和CARMENES所觀測到的有關(guān)恒星的引力擺動(dòng)(gravitational wobble)數(shù)據(jù)，引力擺動(dòng)通常也被稱為徑向速度(radial velocity)。

“每一顆圍繞恒星運(yùn)行的行星都會(huì)對恒星產(chǎn)生一點(diǎn)引力，”邦本解釋說，“我們尋找的是這顆恒星的任何輕微運(yùn)動(dòng)，這可能表明有行星質(zhì)量的物體在拉拽它。”

從這兩組檔案數(shù)據(jù)中，研究人員發(fā)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上顯著的跡象，表明TESS探測到的信號確實(shí)是兩顆繞恒星軌道運(yùn)行的行星。

隨后，團(tuán)隊(duì)成員更仔細(xì)地研究了TESS的數(shù)據(jù)，以確定這兩顆行星的性質(zhì)，包括它們的軌道周期和大小。他們確定，這顆名為HD 260655b的內(nèi)行星每2.8天繞恒星一周，大約是地球的1.2倍大。第二顆外行星HD 260655c的公轉(zhuǎn)周期為5.7天，體積是地球的1.5倍。

而通過HIRES和CARMENES觀測到的恒星徑向速度數(shù)據(jù)，研究人員計(jì)算出了行星的質(zhì)量，這與每顆行星對恒星牽引的振幅直接相關(guān)。他們發(fā)現(xiàn)，內(nèi)行星的質(zhì)量大約是地球的兩倍，而外行星的質(zhì)量大約是地球的三倍。根據(jù)它們的大小和質(zhì)量，研究小組還估計(jì)了每顆行星的密度。內(nèi)部較小的行星密度略高于地球，而外部較大的行星密度略低于地球。根據(jù)它們的密度，研究人員判定, 這兩顆行星很可能是類地行星，或由巖石組成。

研究人員還根據(jù)行星的短軌道, 估計(jì)內(nèi)行星的表面溫度是710開爾文(818華氏度)，而外行星的表面溫度大約是560 K(548華氏度)。

邦本說:“我們認(rèn)為, 這樣的溫度太高了，因此這兩顆行星表面可能沒有液態(tài)水存在。”

“但是, 在這個(gè)系統(tǒng)中可能有更多的行星，”Avi Shporer說, “有很多的多行星系統(tǒng)能夠擁有五到六顆行星，特別是圍繞著小恒星的多行星系統(tǒng)。我們希望能找到更多，如果情況樂觀的話, 其中一個(gè)可能就存在宜居地帶。”