天文學家首次在銀河系發現地球大小的流浪行星

2021-01-18 澎湃新聞
天文學家首次在銀河系發現地球大小的流浪行星

2020-11-09 09:55 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

目前，科學家最新觀測發現一顆地球體積大小的流浪行星正在穿越銀河系，此前從未觀測到該現象。

地球繞太陽旋轉，就像一艘船漂浮在它的船錨周圍一樣。但是，如果某人或者某種原因導致船與錨脫離會怎樣呢？一顆體積較小、脫離任何恆星束縛的行星，穿過星際空間會發生什麼？當一顆行星「四處漂流」會發生什麼？

科學家猜測銀河系存在數十億顆自由漂浮的流浪行星，但到目前為止，在太陽系以外發現的4000顆行星中，僅有少數是銀河系流浪行星，大多數流浪行星體積非常龐大，其質量是木星的2-40倍（一顆木星相當於300顆地球）。目前，天文學家發現一顆與眾不同的神秘星球：體積較小、自由漂浮的行星，其質量與地球相近，在銀河系內部自由漂浮。

這項研究報告發表在10月29日出版的《天體物理學雜誌通訊》上，該行星可能是迄今發現最小的流浪行星，它可能有助於證明一個長期存在的宇宙理論。依據研究作者的觀點，該行星的發現可能是一個真實有效的證據，證實自由漂浮的地球大小行星可能是銀河系較常見的天體。

研究報告作者、美國加州理工學院博士後學者普澤梅克·莫羅茲（Przemek Mroz）稱，探測到這樣低質量天體的概率非常低，要麼是我們非常幸運，要麼是此類天體在銀河系中非常普遍，或許它們像星星一樣平常，只是我們未觀測到而已。

愛因斯坦的「放大鏡」

銀河系中的大多數系外行星容易觀測，因為科學家可以觀測其主恆星的引力作用。從理論上講，恆星提供了光，可使天文學家直接觀測到系外行星。當一顆行星質量太小或者太遙遠難以直接觀測時，科學家仍能探測到行星施加給主恆星的微弱引力（該方法稱為徑向速度法），或者觀測當一顆行星掠過恆星的地球可見面時的閃爍情況（該方法稱為凌日觀測法）。

從定義上講，流浪行星沒有恆星光照亮它們的運行軌跡，這將意味著望遠鏡很難直接觀測到。目前探測流浪行星涉及到愛因斯坦廣義相對論中「引力透鏡」的概念，通過這種現象，一顆行星（或者更大質量的天體）就像宇宙放大鏡，從地球觀測角度暫時使行星後面的天體出現光彎曲。

莫羅茲說：「如果一個大質量天體從地球觀測者和一個遙遠源恆星之間經過，它的引力可能會偏轉和聚焦遙遠源恆星的光線，觀測者將觀測到源恆星短暫亮變現象。」

目前，天文學家發現一顆與眾不同的神秘星球：體積較小、自由漂浮的行星，其質量與地球相近，在銀河系內部自由漂浮。

光線彎曲的天體越小，探測到恆星的亮度就越低。研究人員稱，一顆質量是木星數倍的行星可能會產生持續幾天的增亮效果，而一顆與地球質量相當的行星僅會讓源恆星變亮幾個小時，甚至時間更短，這種異常罕見的現象被稱為「微透鏡效應」。

莫羅茲補充稱，觀測到微透鏡效應的概率非常渺茫，如果我們僅觀測到一顆源恆星，我們可能需要持續觀測100萬年才能看到源恆星被透鏡化。

幸運的是，莫羅茲和同事們並不是為了研究而觀測一顆恆星，他們的目標是觀測數億顆恆星，波蘭華沙大學一項恆星調查利用光學引力透鏡實驗（OGLE）發現，自1992年以來已經發現了17顆系外行星，該研究團隊觀測銀河系中心，尋找潛在任何的微透鏡跡象。

2016年6月，他們觀測到迄今最短暫的宇宙微透鏡事件，這顆存在爭議的恆星位於銀河系最密集區域，距離地球2.7萬光年，它僅亮了42分鐘。計算表明，這顆流浪行星在8個天文單位範圍內（地球和太陽之間的平均距離）不受任何恆星引力束縛，意味著這可能是一顆體積較小的行星，它與一顆質量很大的天體「親密接觸」後從所在的恆星系統中噴射出來。

主要取決於這顆行星與源恆星之間的距離（使用當前的技術無法判斷），這顆流浪行星的質量可能是地球質量的0.5-1倍。無論是哪種情況，它都將是迄今發現質量最小的流浪行星，這項發現將是行星科學的一個「巨大裡程碑事件」。

莫羅茲說：「行星形成理論認為，大多數自由漂浮的行星質量與地球相近，或者更小，但這是我們首次發現質量如此小的行星。基於愛因斯坦的理論能讓我們探測到銀河系漂浮的太空巖石，這真是太神奇了！」

研究報告合著作者拉德克·波列斯基（Radek Poleski）稱，未來的行星搜尋望遠鏡，例如：美國宇航局南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡（計劃本世紀20年代中期發射），將比已運行近30年的光學引力透鏡實驗（OGLE）對銀河系最微小透鏡現象更加敏感，如果和地球質量差不多的單獨行星在銀河系非常普遍，那麼不久將來或將發現更多的單獨行星。（葉傾城）

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