挖掘开普勒数据发现了一个近乎双胞胎的木星

美国宇航局的开普勒行星搜寻航天器于 2018 年 11 月停用,距发射约十年。 该任务使用凌日法检测到超过 5,000 颗候选系外行星和 2,662 颗已确认的系外行星。 但科学家们仍在使用开普勒的所有数据,希望在观测中发现更多行星。

一组研究人员宣布在开普勒数据中又发现了一颗行星,这颗行星几乎是木星的双胞胎。

这颗行星被称为 K2-2016-BLG-0005Lb(抱歉),距离我们高达 17,000 光年。 这几乎是开普勒发现的下一个最远行星的两倍。 它的质量几乎与木星的质量相同,并且它围绕其恒星运行的距离与木星围绕太阳运行的距离相同。 天文学家在 2016 年的开普勒数据中发现了这个世界。

开普勒发现行星使用 中转计时法. 但它以不同的方式发现了这一点。 它依赖于爱因斯坦的一项预测。 极其巨大的物体具有如此强大的引力,以至于它们可以弯曲光线。 它被称为 引力微透镜.

“一颗行星以这种方式影响背景恒星的可能性是数千万到数亿比一。”

Eamonn Kerins 博士,科学技术设施委员会首席研究员。

一篇题为“Kepler K2 Campaign 9: II.”的新论文。 首次使用微透镜在太空中发现系外行星”展示了这一发现。 它可在预印本网站 arxiv.org 上在线获取,尚未经过同行评审。 主要作者是博士。 曼彻斯特大学的学生 David Specht。

在 2016 年 4 月至 2016 年 7 月期间,当开普勒向银河系中心观察数百万颗恒星时,利用引力微透镜探测系外行星的机会增加了。 在微透镜技术中,天文学家观察来自背景恒星的光,该恒星被前景中的系外行星质量弯曲。 这并不容易。 它需要从开普勒的角度精确对齐背景和前景。


“要看到这种效果,需要前景行星系统和背景恒星之间几乎完美对齐,”资助这项研究的科学技术设施委员会 (STFC) 资助的首席研究员 Eamonn Kerins 博士说。 “一颗行星以这种方式影响背景恒星的可能性是数千万到数亿比一。 但是我们银河系的中心有数亿颗恒星。 所以开普勒只是坐着看着他们三个月。”

去年一组研究人员 开发了一种新算法 在开普勒数据中搜索微透镜候选者。 其中一些研究人员支持这项新研究。 研究人员开发了算法来寻找自由浮动的行星候选者。 该研究称,他们发现了五个新的候选者,其中一个是“……与受约束行星一致的腐蚀性交叉双星事件”。

这一努力扩大了开普勒数据的可能性,尽管 NASA 并未明确设计微透镜任务。 新研究的作者写道:“即使通过不是为微透镜研究设计的太空望远镜,这一结果也突出了系外行星微透镜发现的优势,这些优势来自于来自太空的连续、高节奏的时间采样。”

2021 年的研究“仅”发现了一颗系外行星候选者,而这项新研究证实了它的候选资格。 但在科学中,每颗行星都是一个数据点,可以告诉科学家现在或将来的一些事情。

左边的图像是开普勒图像,K2-2016-BLG-0005Lb 以红色圆圈显示。 右图是同一地区的加拿大-法国夏威夷望远镜图像,系外行星位于红色圆圈中。 K2-2016-BLG-0005Lb 在质量和与恒星的距离方面几乎与木星相同。 天文学家使用美国宇航局开普勒太空望远镜在 2016 年获得的数据发现了它。 这个系外行星系统的距离是开普勒之前所见的两倍,开普勒在 2018 年停止运行之前发现了 2,700 多颗已确认的行星。图片来源:Specht 等人。 2022 年。

在 2016 年 4 月至 2016 年 7 月期间,五次地面调查还观察了与开普勒相同的天空区域。开普勒比他们更早看到了微透镜异常,因为开普勒距离我们超过 1 亿公里。 这种延迟使研究人员能够更好地了解他们所看到的以及他们在哪里看到的。

“开普勒与地球上的观察者之间的有利位置差异使我们能够沿我们的视线对行星系统所在的位置进行三角测量,”克林斯博士说。 开普勒在地球大气层上方的有利位置也使其能够连续观察。

“开普勒还能够不受天气或日光的干扰,使我们能够准确地确定系外行星的质量及其与宿主恒星的轨道距离,”克林斯博士说。 “就质量和距太阳的位置而言,它基本上是木星的同卵双胞胎,大约是我们太阳质量的 60%。”

该研究中的这个数字显示了检测到的系外行星 K2-2016-BLG-0005Lb 的光度开普勒数据。 苛性穿越区域清晰可见,并且在 ?? ? ?2450000 = 7515 和 7519。图片来源:Specht 等人。 2022 年。

这项研究强调了引力微透镜在系外行星科学中日益重要的地位。 “微透镜仍然是探测凉爽、低质量系外行星的主要方法,包括雪线以外的行星,”作者写道。 凌日法有一个内在的抽样偏差:它更有可能探测到巨行星 close 对大恒星来说,因为挡光信号更强大。 凌日方法难以识别更宽轨道上的行星,因为可能需要数百年才能发生多次凌日,而天文学家需要多次凌日来确认系外行星候选者。 引力微透镜没有同样的限制。

但是,在太阳系雪线之外探测像 2-2016-BLG-0005Lb 这样的行星对于建立我们对太阳系结构的理解和加强我们的行星形成理论至关重要。 目前的想法表明,大质量行星是通过雪线以外的核心吸积形成的,然后向内迁移向恒星。 (虽然有些可能是由于引力不稳定性而形成的。)木星很可能做到了,尽管木星最终进入了雪线之外的轨道,但其他行星可能不会。 这个过程解释了系外行星数据库中大量的热木星。

这张图片展示了艺术家对使用哈勃和斯皮策太空望远镜研究的 10 颗热木星系外行星的印象。 天文学家认为大约 10% 的系外行星是热木星,但它们更容易被发现。  (颜色仅供说明。)图片来源:由 ESA/Hubble,CC BY 4.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45642004
这张图片展示了艺术家对使用哈勃和斯皮策太空望远镜研究的 10 颗热木星系外行星的印象。 天文学家认为大约 10% 的系外行星是热木星,但它们更容易被发现。 (颜色仅供说明。)图片来源:由 ESA/Hubble,CC BY 4.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45642004

“模拟还表明,质量较小的行星应该在雪线之外大量存在,但这些行星通常不会从它们的形成轨道迁移,”作者写道。 “通过探
凉爽的低质量系外行星的人口统计数据,因此我们可以直接测试行星形成预测,而无需考虑复杂的迁移动态。”

天文学家已经证明,引力微透镜可以探测到遥远的系外行星,但他们不必依赖较早的开普勒数据来使用该技术。 美国宇航局的南希·格雷斯罗马望远镜应该能探测到数千颗系外行星 使用引力微透镜. 一项研究表明它可以检测 超过 100,000 其中。

NASA 说:“罗马人会在其他研究较少的类别中发现行星。” “微透镜最适合从恒星的宜居带和更远的地方寻找世界。 这包括冰巨星,如我们太阳系中的天王星和海王星,”美国宇航局罗马太空望远镜网站解释说。 一些证据表明,冰巨星是银河系中最常见的系外行星类型,这使得我们自己的太阳系只有两个这样的异常值。 “罗曼将检验这一理论,帮助我们更好地了解哪些行星特征最为普遍。”

罗曼将观察银河系中心,一个充满星星的区域。 它看到的星星越多,它可能看到的微透镜事件就越多。

ESA 的欧几里德任务也将使用引力微透镜。 它的主要任务是研究暗物质、暗能量和宇宙的膨胀。 但它也可以探测到系外行星。 Euclid 和 Roman 旨在相互补充,所以谁知道我们可以从他们身上学到什么。

Kerins 博士是 ESA Euclid 系外行星科学工作组的副组长。 “开普勒从来没有被设计成使用微透镜来寻找行星,所以在很多方面,它这样做是令人惊讶的。 另一方面,Roman 和 Euclid 将针对此类工作进行优化。 他们将能够完成由开普勒发起的行星普查,”他说。

“我们将了解我们自己的太阳系的架构是多么典型。 这些数据还将使我们能够检验我们对行星怎样形成的想法。 这是我们寻找其他世界的激动人心的新篇章的开始。”

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