天文学家们经过数十年的搜寻,终于取得了突破性进展,在距离地球最近的单星系统——巴纳德星周围,发现了迄今为止最强有力的行星存在的证据。这项新研究表明,该星系内存在四颗行星,它们都被归类为“亚地球”行星,质量仅为地球的19%至34%。
激动人心的发现
“这是一个令人非常激动的发现——巴纳德星是我们的宇宙邻居,但我们对它知之甚少,”该研究的主要作者、芝加哥大学天文与天体物理学博士生里特维克·巴桑特在一份声明中表示,“这标志着新一代仪器的精确度相比以往取得了突破。”
巴纳德星由美国天文学家E.E.巴纳德于1916年发现,是一颗低质量的红矮星,也是宇宙中最常见的恒星类型之一。在过去十年中,天文学家发现许多这样的恒星周围都有多颗岩石行星环绕。
MAROON-X的贡献
本次发现得益于安装在夏威夷北双子座望远镜上的MAROON-X仪器,该仪器的设计初衷就是为了搜寻红矮星周围的行星。MAROON-X通过检测行星引力对恒星产生的细微晃动来寻找行星,这种方法被称为径向速度法。
借助MAROON-X,研究团队发现了迄今为止质量最小的系外行星,并希望这一发现能促使人们在宇宙中发现更多的“亚地球”系外行星。
天文学家认为,与目前已探测到的较大系外行星相比,较小的系外行星在成分上可能更加多样。利用最新的高灵敏度仪器寻找更多微小行星,将为理解行星的形成方式以及哪些行星可能适合生命生存开辟新的途径。
这项研究的详细结果已于3月11日发表在《天体物理学杂志快报》上。
四个微小世界
巴桑特表示,这些行星非常小,更像是火星。
“与我们的太阳系相比,这四颗行星都位于水星轨道以内,”巴桑特说。
这些行星紧密围绕巴纳德星运行,绕恒星运行一周只需几天时间,而地球绕太阳运行一周则需要一年。最外层行星绕行一周不到七天,而最内层行星的轨道周期不到三天,巴桑特解释说。
近距离的代价
这些行星离恒星太近,以至于其表面可能太热而不适合居住。这意味着这四颗行星也不在恒星的宜居带内,即距离恒星的距离不适宜液态水稳定存在于行星表面。
“当巴纳德星还年轻且活跃时……这颗恒星用X-UV辐射、频繁的耀斑和密集的星风轰击这些小行星,”宾夕法尼亚州维拉诺瓦大学天文与天体物理学教授爱德华·吉南在一封电子邮件中说。“因此,这些亚地球大小的行星可能没有大气层、水和生命。”
吉南没有参与这项新研究,但他之前曾搜寻过巴纳德星周围的行星。
巴桑特表示,这种大小的行星在我们的太阳系之外基本上尚未被探索,这使得它成为天文学家寻找类似太阳的恒星周围的地球质量行星的重要一步。
“我们所做的很多事情都可能是渐进式的,有时很难看到更大的图景,”该研究的合著者、芝加哥大学天文与天体物理学系教授雅各布·比恩说。“但是我们发现了一些人类有望永远知道的东西。这种发现感是令人难以置信的。”
搜寻附近的行星
虽然比邻星系统距离我们的太阳系最近,仅为4.25光年,但它由三颗相互环绕的恒星组成,这使得巴纳德星成为最近的单星系统。
现在,天文学家们知道行星环绕着距离我们太阳系最近的两个恒星系统。
几十年来,巴纳德星一直是天文学家们心中的“白鲸”,他们试图找到行星环绕它的证据,但后来都被证明是误报,“可能是由于早期仪器的灵敏度有限,”巴桑特说。
许多系外行星的发现是因为它们凌日,即从地球的视角来看,它们从其宿主恒星前方经过,造成恒星光线出现可观察到的下降,这表明行星的存在。
但是,围绕巴纳德星运行的难以捉摸的行星并不凌日,这意味着从地球上的望远镜的角度来看,它们不会从恒星前方经过,因此无法用强大的太空天文台(如詹姆斯·韦伯太空望远镜)探测到。
由比恩领导的研究团队在三年内捕获了112个夜晚的巴纳德星的数据。数据显示了三颗行星环绕巴纳德星的证据,其中两颗之前被认为是潜在的行星。
然后,研究人员将他们的发现与另一个团队使用智利甚大望远镜上的ESPRESSO仪器捕获的数据相结合,该团队撰写了2024年10月的一项研究。合并后的数据集证实了第四颗系外行星的存在。
“我们在不同的日子里的不同时间观察。他们在智利;我们在夏威夷。我们的团队根本没有互相协调,”巴桑特说。“这让我们有很大的信心,这些不是数据中的幻影。见证MAROON-X和ESPRESSO等下一代光谱仪的精确度令人兴奋。它们首次探测亚地球质量行星的能力感觉就像解锁了一个游戏的新关卡,充满了未知的可能性。”
MAROON-X最初是一个临时的“访客”仪器,在探测到行星后,现在正在转换为永久仪器。
“我很高兴看到新的MAROON-X数据提供了对b行星和候选行星c和d的独立确认,并且与ESPRESSO数据一起,该分析使探测更加可靠,”2024年10月论文的主要作者、西班牙加那利天体物理研究所的研究员乔奈·冈萨雷斯·埃尔南德斯说。他没有参与这项新研究。
吉南说,研究中描述的行星“看起来像是一个确定的发现”。
“最终,在过去(50年)的几次误报之后,人们发现巴纳德星周围存在真正的行星,”吉南说。
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