今天,天文学家正式宣布使用新的双子行星成像仪发现了系外行星51埃里达尼b。埃里达尼b是一颗年轻的、富含甲烷的气体巨星,它是正在太阳系外寻找类木星行星的过程中的一个里程碑。研究小组的发现发表在《科学》杂志上。《科学美国人》杂志在6月份首次报道了这一发现,当时研究人员在一个较小的科学会议上的公开演讲中披露了51个埃里达尼b的存在和细节。下面是这个故事。要了解更多关于双子座行星成像仪的背景知识,以及为拍摄遥远的系外行星所做的突破性努力,请阅读《科学美国人》的专题报道,了解有关外星木星的内幕。
天文学家首次拍摄到一颗年轻的系外行星的照片,它的轨道和大小与太阳系最大的行星木星相似。这颗名为51埃里达尼b (51 Eridani b)的行星是新一代行星探测仪器所承诺的一系列发现中的第一颗,它可能会帮助科学家揭开木星和其他气态巨行星如何形成和塑造它们的行星系统的秘密。
2014年12月,在智利的双子南望远镜上新安装的双子行星成像仪(GPI)发现了51颗Eridani b,它可能很快就会被确认为迄今为止最小的直接成像系外行星。这一发现是昨天在加拿大蒙特利尔举行的“莱奥精神”天文学会议上宣布的,该会议由GPI的首席研究员、斯坦福大学天文学家布鲁斯·麦金托什主持。他和其他GPI团队成员拒绝就此事发表评论。他们向《科学》(Science)杂志提交了一篇论文,详细介绍了他们的发现。《科学》杂志有严格的规定,禁止作者在发表之前公开数据。
这颗新的系外行星围绕着类太阳恒星51日里达尼(51 Eridani)运行。日里达尼位于天后宫(Eridanus),距地球约96光年。麦金托什和他的团队估计,51埃里达尼b的质量是木星的两倍,距离其恒星的距离是木星的2.5倍。然而,与我们熟悉的气体巨星不同的是,它大约有45亿年的历史,它的云顶温度只有零下145摄氏度,而51埃里达尼b则要年轻得多,温度也高得多——不超过2500万年,有甲烷的云加热到近400摄氏度。
它的形成几乎没有冷却,51埃里达尼b在红外线中像一个行星大小的灯泡一样发光,这就是为什么GPI团队设法从近100光年远的地方看到它。他们对地球的印象基本上是一张婴儿照片。尽管如此年轻和遥远,这颗巨大的系外行星是天文学家所见过的最接近木星的行星。
在过去的二十年里,天文学家们通过更间接的方式发现了成千上万的系外行星,杏耀主管他们观察到看不见的世界导致它们所环绕的恒星摇摆、变暗或变亮。这些探测技术对于寻找离恒星较近的系外行星是最有效的,这些行星的年份以天或月为单位。像木星这样围绕太阳运行12年的行星,可能要经过几十年的间接观察才会出现。
行星搜寻者实际上只看到了少数的系外行星,这是一项更加困难的任务,需要在地球上最强大的望远镜上使用先进的仪器。在Eridani b之前,所有直接成像的行星都是气态巨行星,
杏耀娱乐平台怎么样,其质量是木星的几倍,而且很多都非常大,以至于超出了行星的定义,更像是缩小了的失败恒星。它们大多潜伏在星系的边缘,远离恒星发出的模糊光芒。
与这些超大的、遥远的、有点像恒星的行星相比,类似木星的行星是紧贴着太阳边缘的小矮行星。这使得它们处于一个可以被认为是行星探测的死区:离它们的恒星太远,无法通过间接的方式迅速找到,又太近,无法方便地直接成像。这就是为什么即使经过20年爆炸性的系外行星发现,天文学家们仍然对这些外星木星有多普遍只有一个模糊的感觉,并且通过代理,像我们这样的行星系统在宇宙其他地方出现的频率有多高。人们认为,木星的巨大体积在太阳系的婴儿期就塑造了它,引导着其他胚胎世界的形成和轨道演化,甚至可能为年轻的地球播下水、有机化合物和其他生命必需成分的种子。如果没有木星,我们的星球和我们都不可能存在。
因此,天文学家们不仅想要了解外星木星有多普遍,而且还想知道它们是如何首先出现的。GPI和类似的设施,尤其是欧洲南方天文台(European Southern Observatory)的新型光谱偏振高对比度系外行星研究仪器(SPHERE),都是为了回答这个问题而定制的。所有的行星都出生在围绕一颗恒星旋转的气体与尘埃组成的圆盘,但是这种环境提供了不同的两个途径巨人的世界从自下而上的形式,通过渐进的牵绊在一起更大块的材料,或从自上而下,通过直接、快速的引力坍缩的冷气体团。
气体的迅速崩塌形成了一个自上而下的世界,在这个新生的巨大行星内部聚集了大量的热量,导致这个星球在最初的1亿年里应该比由下而上建造的东西更热、更亮。最终,新生的行星冷却下来,它们炽热的诞生记录消失了。GPI、SPHERE和其他新一代的仪器现在正在观测附近数百颗年轻的恒星,寻找新形成的木星发出的红外光,希望能在这些难以捉摸的行星冷却之前捕捉到它们,这样它们就能最终了解大多数巨型行星是如何形成的。
目前,这些行星的秘密仍然被隐藏着。由于GPI团队主要是使用51埃里达尼b的固有红外亮度来估计它的大小和温度,所以关于它的大小和温度仍然存在相当大的不确定性。令人烦恼的是,这些数值似乎落在两个巨型天然气层之间的灰色地带。埃里达尼b要么是迄今为止被直接拍摄到的最小的行星,在它由上而下的诞生后发出炽热的光,杏耀注册要么就是它更大一些,温度更低一些,虽然不是破纪录的,但仍然是第一颗由下而上形成的系外行星。来自GPI、球体和天基望远镜的进一步测量可能很快就会提供确定性。不管怎样,这一历史性的结果将是我们了解太阳系中最大的行星究竟有多特别的重要一步。