天文學家使用一種新技術不僅在鄰近的恆星上發現了一個超級地球,而且還可以直接對它成像。在半人馬座阿爾法星周圍的宜居地帶可能會比地球所在太陽系宜居帶更適宜。
看到巨型行星比看到地球大小的行星要容易得多。無論使用哪種探測方法,較大的行星只不過是宇宙大海一根大針而已。但總的來說,天文學家對跟地球相似的行星非常感興趣,而找到它們要困難得多。
我們認為,在我們能夠直接成像系外行星之前,我們必須等待目前正在建造的超強大望遠鏡。像巨型麥哲倫望遠鏡和歐洲超大望遠鏡這樣的設施將帶來巨大的觀測能力來承擔系外行星成像的任務。
但是一個研究小組已經開發出一種新的技術來完成這項工作。他們說他們已經拍到了一個可能的次海王星/超地球大小的行星,它繞著我們最近的鄰居半人馬座阿爾法A星執行。
該小組在《自然通訊》上發表了一篇題為《半人馬座阿拉法星宜居帶內低質量行星成像》的文章,主要作者是亞利桑那大學天文學家兼薩根研究員凱文·瓦格納。
雖然天文學家以前發現過質量較低的系外行星,但他們從未感覺到它們的光。他們看著行星透過拉扯它們的恆星而顯露出來。當行星從恆星前面經過時,這些行星所在的恆星發出的光會下降。
但他們從來沒有直接成像過。直到現在,這種新技術的出現,才實現了對這些行星直接成像。這種新的探測方法可以歸結為紅外線。用紅外成像地球大小的系外行星的挑戰之一是,當一顆系外行星發出的光被恆星發出的所有背景紅外輻射沖走時,如何辨別該行星發出的光。
天文學家可以在背景紅外減弱的波長範圍內尋找系外行星,但在相同的波長範圍內,宜居類地行星的亮度很弱。
一種方法是檢視光譜的近紅外(NIR)部分。 在近紅外中,行星的熱輻射並沒有被恆星沖走。但是,星光仍然令人目眩,並且比星球還要明亮數百萬倍。因此,僅檢視近紅外(NIR)並不是一個完整的解決方案。
解決方案可能是本研究中使用的NEAR儀器。NEAR安裝在智利的ESO(歐洲南方天文臺)超大型望遠鏡(VLT)上。它可以與VIR上的VISIR儀器一起使用。
近紅外儀器不僅能觀察到理想的紅外光譜部分,而且還使用了日冕儀。該突破小組認為,在8米地面望遠鏡上使用的近距離儀器可以更好地觀測半人馬座阿爾法星系及其行星。因此,他們與ESO合作建造了這個儀器,並將其安裝在超大望遠鏡上。
這一新發現是近距離和VLT 100小時累積觀測的結果。“這些結果,”作者寫道,“證明了用現有和即將推出的望遠鏡對岩石宜居帶系外行星成像的可行性。”
100小時的試執行是為了證明儀器的威力。研究小組表示,基於該次執行中約80%的最佳影象,NEAR儀器比在“半人馬座阿拉法A”大部分可居住區域內觀測“……海王星大小的暖行星”的其他方法好一個數量級。”
這不是天文學家第一次在半人馬座阿爾法星系中發現系外行星。在這個系統中有幾個被確認的行星,還有其他的候選行星。但是,沒有一個像這個新的潛在行星那樣被直接成像,該行星具有佔位符名稱C1,是系統中M-矮星毗鄰星(Proxima Centauri)周圍的第一個潛在探測物件。
後續觀察必須確認或取消這一發現。
想到一顆暖的海王星級系外行星可能在我們最近的恆星系中圍繞一顆類似太陽的恆星運轉,真是令人興奮。其中一項突破性計劃的目標是將“光之帆”飛船送入半人馬座阿爾法星系,讓我們更近距離地觀察。
但這一前景目前還遙不可及。在某些方面,這一發現與其說與地球有關,不如說與探測地球的技術有關。
大多數已發現的系外行星都是質量與木星、土星和海王星相似的巨型行星。它們是最容易找到的。但作為來自地球的人類,我們主要對我們自己的星球感興趣。
位於恆星宜居區的類地行星讓我們對另一顆行星上的生命前景感到興奮。但它們也能告訴我們很多關於我們自己的太陽系,以及太陽系是如何形成和演化的。
如果C1真的是一顆行星,那麼突破小組已經在一項至關重要的努力中取得了成功。他們是第一個透過直接成像探測類地行星的研究人員。不僅如此,他們還用一個8米長的地面望遠鏡和一個專門設計和開發的儀器來探測半人馬座阿爾法星系中的這類行星。
作者相信,即使與更大的望遠鏡相比,NEAR也能表現出色。本文的結論包含對儀器總體靈敏度地描述。然後他們寫道:“從原理上講,這足以在短短几個小時內檢測到一個半人馬座阿拉法A(〜20 µJy)附近的類似地球的行星,這與對ELTs的期望是一致的。”
E-ELT將有一個39米的主鏡。它的能力和設計目標之一是直接成像系外行星,尤其是較小的地球大小的行星。當然,E-ELT將是一臺功能強大的望遠鏡,無疑將在很長一段時間內推動科學發現,不僅是系外行星成像,而且還有其他多種方式。
而其他巨型地面望遠鏡也將改變系外行星成像遊戲。用了幾個小時NEAR觀察到的東西可能只需要幾分鐘就可以用E-ELT、30米望遠鏡或巨型麥哲倫望遠鏡看到。
“NEAR望遠鏡”無法與那些望遠鏡競爭,而且從來就不是這樣。但如果這些結果得到證實,那麼NEAR已經取得了無人能及的成功,而且只花了新望遠鏡價格的一小部分。
不管怎樣,NEAR所取得的成就很可能代表了系外行星研究的未來。與開普勒和凌日外行星勘測衛星(TESS)等基礎廣泛的調查不同,科學家們很快將能夠專注於單個行星。