在銀河系裡發現了一顆迄今為止最小的流浪行星

2020-11-19 騰訊網

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我們的星系可能充滿了流浪行星，它們不被任何恆星的引力束縛。由波蘭天文學家帶領的一支國際科學家小組近日宣布發現了迄今為止最小的流浪行星。

流浪行星的微引力透鏡效應（藝術想像圖）

資料來源:Jan Skowron /華沙大學天文臺

到目前為止，我們已經發現了4000多顆系外行星。儘管許多已知的系外行星與我們太陽系的行星並不相似，但它們卻有一個共同點——它們都圍繞著恆星運行。然而，行星的形成和演化理論預言自由飄浮的行星是存在的。幾年前，來自華沙大學天文臺光學引力透鏡實驗(OGLE)小組的波蘭天文學家首次提供了銀河系中存在此類行星的證據。在近日的《天體物理學雜誌快報》上，OGLE的天文學家宣布發現了迄今為止最小的流浪行星。

系外行星很少能被直接觀測到。通常，天文學家是通過觀察行星的寄主星發出的光來探測行星。例如，如果一顆行星從其寄主星前經過時，該恆星的亮度就會下降一點兒，從而導致凌星現象。科學家正是通過凌星現象來探測行星的。

流浪行星幾乎沒有輻射，而且它們不圍繞任何恆星運行，因此無法用傳統的天體物理探測方法發現它們。然而，我們可以通過一種叫做微引力透鏡的天文現象來發現流浪行星。微引力透鏡效應源於愛因斯坦的廣義相對論理論——一個大質量的物體(透鏡)可能會使一個明亮的背景物體(光源)的光發生彎曲。大質量天體的引力就像一個巨大的放大鏡，使遙遠恆星的光發生彎曲和放大。

當一顆流浪行星從一顆恆星和觀測者之間經過時，它的引力可能會使來自遙遠恆星的光線偏轉和聚焦。由於圖像扭曲，這顆恆星短暫地顯得明亮了很多。

資料來源:Jan Skowron /華沙大學天文臺

「如果一個巨大的天體(恆星或行星)從一個地球觀測者和一顆遙遠的恆星之間經過，它的引力可能會偏轉和聚焦來自那顆恆星的光。觀測者會發現那顆恆星短暫地變亮了，」Przemek Mroz博士解釋道，他是加州理工學院的博士後學者，也是這項研究的主要作者。「觀察到微引力透鏡現象的概率其實非常的小，因為三個要素——光源、透鏡和觀察者——必須幾乎完全對齊。如果我們只監測一顆恆星，我們可能要花近100萬年才能看到它的光被微引力透鏡放大，」他補充道。

這就是為什麼尋找微引力透鏡現象要監測銀河系中心的數億顆恆星，從而提高觀測到微引力透鏡現象的概率。由華沙大學天文學家帶領的「OGLE觀測」就是在做這樣一件事情。OGLE是世界上規模最大、歷時最長的巡天項目之一，於28年前開始運行。目前，OGLE的天文學家正在使用智利拉斯坎帕納斯天文臺的1.3米華沙望遠鏡進行觀測。在每個晴朗的夜晚，他們將望遠鏡對準銀河系的中心區域，觀察數億顆恆星，尋找那些改變了亮度的恆星。

微引力透鏡不依賴於透鏡天體的亮度，因此它能夠用來探測暗淡或黑暗的天體，如行星。微引力透鏡的持續時間取決於透鏡天體的質量——質量越小，微引力透鏡現象的持續時間就越短。大多數觀測到的持續幾天的微引力透鏡現象，是由恆星引起的。由流浪行星引起的微引力透鏡現象，通常僅持續幾個小時。通過測量微引力透鏡事件的持續時間以及其光變曲線的形狀，我們可以估算出透鏡天體的質量。

這次迄今為止發現的持續時間最短的微引力透鏡現象，名為OGLE-2016-BLG-1928，其持續時間僅有42分鐘。「當我們剛發現這一現象時，就很清楚它一定是由一個極其微小的天體引起的，」來自華沙大學天文臺的Radoslaw Poleski博士說，他是這項研究的合作者。

事實上，該事件的模型表明，這個透鏡天體的質量肯定小於地球，它可能是一個與火星質量差不多的天體。並且，這個透鏡天體可能是一個流浪行星。「如果透鏡天體繞著一顆恆星運行，我們就能在事件的光變曲線中探測到這個恆星的存在，」 Poleski博士補充道。「我們可以排除在該行星8個天文單位(天文單位是地球到太陽的平均距離)以內有恆星的可能。」

在流浪行星微引力透鏡效應下的遙遠恆星亮度變化。

資料來源:Jan Skowron /華沙大學天文臺

幾年前，OGLE的天文學家首次提供了銀河系中存在大量流浪行星的證據。然而，這顆新發現的行星是迄今為止發現的最小的流浪行星。「我們的發現表明，自由飄浮的低質量行星可以被地面望遠鏡探測到，」OGLE項目的Andrzej Udalski教授說。

天文學家懷疑，流浪行星實際上是在圍繞恆星的原行星盤中形成的(即「普通」行星)，它們是在與其他天體(例如系統中的其他行星)的引力相互作用後，被踢出原來的行星系統。行星形成理論預測，被拋出的行星通常會比地球小。我們能夠通過研究流浪行星更多地了解年輕的行星系統動蕩的過去，比如太陽系。

探測流浪行星是南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡的科學任務之一，該望遠鏡目前由NASA在建，大概會在五年後開始運行。

由於這一事件的持續時間很短，需要韓國微透鏡望遠鏡網(KMTNet)收集的額外觀測資料來補充。KMTNet是由位於智利、澳大利亞和南非的三個天文望遠鏡組成的天文望遠鏡網絡。

來源：牧夫天文

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