又發現18顆地球大小的系外行星!其中一顆是已知最小的

  又發現18顆地球大小的系外行星,馬克斯普朗克太陽系研究所(MPS)、格廷根格奧古斯特大學和森內伯格天文臺的科學家們發現了太陽系外18顆地球大小的行星。宇宙是如此之大,以至於之前的研究調查忽略了它們。其中一顆是目前已知的最小的;另一顆可以提供對生命友好的條件。研究人員用開發的一種更靈敏新方法重新分析了美國宇航局開普勒太空望遠鏡的部分數據。該團隊估計,新方法有可能在開普勒任務的整個數據集中再發現100多顆系外行星。

  科學家們在《天文學與天體物理學》(Astronomy & Astrophysics)上發表描述了他們的研究結果。到目前為止,已知太陽系外有4000多顆行星圍繞恆星運行。在這些所謂的系外行星中,大約96%的行星比我們的地球大得多,其中大多數行星的尺寸與氣態巨行星海王星或木星的尺寸更接近。然而,這一比例可能並不能反映太空中的真實情況,因為小型行星比大型行星更難追蹤。此外,在尋找太陽系外可能適合居住的類地行星過程中,小星球是非常吸引人的目標。

  這18個新發現的行星都屬於地球大小的行星,其中最小的只有地球大小的69%;最大的也不過是地球半徑的兩倍。他們還有一個共同點:到目前為止,所有18顆行星都無法從開普勒太空望遠鏡的數據中探測到,因為一般常見的搜索算法不夠敏感。在尋找遙遠世界的過程中,科學家們經常使用所謂的凌日法來尋找亮度週期性下降的恆星。如果一顆恆星恰好有一顆行星,它的軌道平面與地球的視線一致,那麼這顆行星每繞一圈就會遮住一小部分從恆星前面經過的恆星光。

  國會議員勒內·海勒博士解釋說:標準搜索算法試圖識別亮度的突然下降,然而,在現實中,一個恆星盤的邊緣看起來比中心略暗。當一顆行星運行在一顆恆星的前面時,它最初阻擋的星光比凌日中期要少。恆星的最大調暗發生在凌日中心,就在恆星逐漸變亮之前。大型行星傾向於產生其主恆星深度和清晰的亮度變化,因此恆星上細微的中心到邊緣亮度變化很難在發現中發揮作用。然而“小行星”給科學家們帶來了巨大的挑戰。

  (博科園-圖示)Heller、Rodenbeck和Hippke的新算法不像以前標準算法那樣搜索亮度的突然下降,而是搜索特徵,逐漸變暗和恢復。這使得新的凌日搜索算法對地球大小的小行星更加敏感。圖片:NASA/SDO (Sun), MPS/René Heller

  它們對恆星亮度的影響是如此之小,以至於很難從恆星的自然亮度波動和任何觀測必然帶來的噪聲中分辨出來。勒內·海勒(Rene Heller)的團隊現在已經能夠證明,如果在搜索算法中假設一條更真實的光曲線,那麼過境法的靈敏度可以顯著提高。Sonneberg天文臺的Michael Hippke說:新算法有助於繪製出一幅更真實的外行星在太空分佈情況。這種方法是向前邁出的重要一步,尤其是在尋找類地行星方面。研究人員使用美國宇航局開普勒太空望遠鏡數據作為新算法的測試平臺。

  在2009年至2013年的第一個任務階段,開普勒記錄了10萬多顆恆星的光曲線,發現了2300多顆行星。由於技術缺陷,該望遠鏡不得不被用於另一種觀測模式,稱為K2任務,但到2018年任務結束時,它仍然監測了超過10萬顆恆星。作為新算法的第一個測試樣本,研究人員決定重新分析K2的517顆恆星,這些恆星已知至少有一顆凌日行星。哥廷根大學的凱羅登貝克(Kai Rodenbeck)和國會議員說:除了已知的行星,研究人員還發現了18個以前被忽視的新天體。更重要的是,大多數新行星的軌道比以前已知的行星更接近恆星。

  因此,這些新行星表面的溫度很可能遠遠超過100攝氏度;有些甚至有高達1000攝氏度的溫度。只有一顆天體是例外:它可能在所謂的宜居帶內圍繞其紅矮星運行。在離恆星如此有利的距離上,這顆行星可能會提供液態水在其表面出現的條件——這是我們所知地球上生命存在的基本先決條件之一。當然,研究人員也不能排除他們的方法對所研究系統中的其他行星也是盲目的。特別是,距離主恆星較遠的小行星是有問題的。需要更多時間來完成一個完整的軌道比行星圍繞恆星更近。

  因此,在較寬軌道上的行星凌日發生的頻率較低,這使得它們的信號更難被探測到。新方法開闢了迷人的可能性,除了目前正在研究的517顆恆星,開普勒項目還提供了數十萬顆其他恆星的數據集。研究人員假設,新方法將使他們能夠在開普勒主要任務的數據中找到100多個地球大小的系外行星。MPS常務董事勞倫特·吉鬆教授說:這種新方法對於準備歐洲航天局將於2026年發射的柏拉圖任務也特別有用。柏拉圖任務將發現並描述更多圍繞類太陽恆星的多行星系統,其中一些將能夠孕育生命。

  博科園|研究/來自:馬克斯·普朗克學會

  參考期刊《Astronomy & Astrophysics》

  DOI: 10.1051/0004-6361/201935600

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