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神秘暗红色系外行星现身 或揭示太阳系早期模样

http://www.kexue.com 2013-08-12 11:00:16 新浪科技  发表评论


这是一张艺术示意图,展示新发现的系外行星GJ 504b,其质量约为木星的4倍

这张合成图像综合了昴星团望远镜在两个波段拍摄的恒星GJ 504及其附近空间图像,包括拍摄于2011年5月的橘色(1.6微米)图像以及拍摄于2012年4月的蓝色(1.2微米)图像

  近日,一个国际天文学家小组利用设在夏威夷的日本昴星团望远镜首次拍摄到围绕明亮恒星GJ 504运行的一颗系外行星的图像。这颗编号为GJ 504b的系外行星是一颗巨行星,其质量大约是木星的数倍,大小则与木星相当。它是迄今使用直接成像技术在一颗类太阳恒星周围发现的质量最小的系外行星。

  米歇尔·迈克埃尔文(Michael McElwain)是一位来自美国宇航局戈达德空间飞行中心的科学家,也是做出本次发现的科学组成员之一。他说:“如果我们能前往这颗行星近距离观察,我们将会发现这颗行星由于内部的热量仍在自身发出暗色的光芒,就像是一颗樱桃,一种单调的暗红色。”他说:“我们的近红外相机发现其相比其它拍摄的行星蓝色调要显得强得多,这可能暗示其大气中云量较少。”

  GJ 504b围绕恒星公转的距离几乎是木星到太阳距离的9倍,这一现象给解释其成因的理论提出了一个大难题。根据目前最广为接受的理论,即所谓核吸积模型,木星这类巨行星形成于围绕年轻恒星存在的富含气体和碎屑的吸积盘。在小天体的相互撞击中出现原始的星子,在不断的撞击吸积过程中这个原始星子逐渐壮大,并在引力作用下不断吸收更多的物质和气体,最终形成行星。

  这一理论在太阳系中得到了较好的应用,可以解释从水星一直到海王星的形成,后者的轨道距离是地球的30多倍(即30个天文单位,AU)。但是在更远的距离上,这一理论开始显现它的局限性。而行星GJ 504b到其恒星的投影距离是43.5AU,所谓投影距离是在不确知该行星系统相对我们视线倾角的情况下测量得到的距离值,真实的距离值取决于该系统真实倾角值的大小。项目组成员,美国普林斯顿大学哈勃奖学金博士后马库斯·詹森(Markus Janson)表示:“在传统行星形成理论框架内,这是最难以解释的情况。”他说:“它的发现说明我们有必要认真审查现有的行星形成理论,或许我们将有必要对其中的一些基本假设进行重新评估。”

  该项研究是“昴星团望远镜系外行星与吸积盘战略考察”(SEEDS)计划的组成部分,该计划的目的旨在使用设在夏威夷莫纳克亚山顶的日本昴星团望远镜对数百颗近距离恒星进行直接成像,尝试拍摄其周围可能存在的行星体或吸积盘结构。这项为期5年的计划于2009年开始,由日本国立天文台的天文学家田村元秀博士领导。

  尽管直接成像被认为是搜寻围绕其它恒星运行的行星体和吸积盘结构最直接也最重要的手段之一,但是其难度和挑战也是可想而知的。日本东京工业大学的天文学家葛原正幸教授是做出此次这一发现的研究组负责人,他说:“此次直接成像给出了这颗系外行星的亮度,温度,大气以及轨道方面的大量信息,但是由于这颗行星是如此暗弱,如此靠近恒星,这就像是尝试在一台探照灯的周围寻找一只萤火虫。”

  借助昴星团望远镜安装的先进自适应光学修正系统,SEEDS项目在近红外波段开展成像工作。自适应光学系统可以抵消地球大气扰动产生的偏差。加上另外一些先进设备的协助,所有这些让研究组得以将系外行星直接成像的边界进一步向前推进一步。有关本次这项研究工作的论文已经被《天体物理学报》接受,将于近期发表。

  研究显示,这颗编号为GJ 504b的系外行星质量约为木星的4倍,有效温度约为237摄氏度。其围绕公转地恒星GJ 504为一颗G0型恒星,这表明其温度比太阳稍高一些,在夜空中其位于室女座,亮度接近肉眼视觉极限。这颗恒星距离地球约57光年,天文学家估算认为这一行星系统的年龄约为1.6亿年,这是根据这颗恒星的颜色以及自转速度推算出来的。

  年轻的恒星是进行直接成像最有吸引力的目标,因为其周围新生的行星还尚未能充分冷却,这就增加了其在红外波段的辐射信号强度。迈克埃尔文说:“我们的太阳正值中年,但是GJ504现在才刚过了它寿命的1/30,它还非常年轻。因此对这样一个恒星系统进行观测就有点像是观察我们太阳系极早期的模样。”(晨风)

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