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太阳系外存在类海王星大小的卫星绕类木行星运转?

时间:2020-05-22 11:28:29 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

寻找太阳系以外的行星是一项艰巨的任务,但对于那些已经被人类发现和证实的系外行星来说,确定这些行星是否有自己的卫星,或者“系外行星”,是一项更具挑战性的任务。此外,就像对系外行星本身的研究一样,系外行星的研究也为人们进一步了解我们的宇宙提供了一些极好的机会。

在所有可能的行星候选者中,最新的(也是最有可能的)候选者是在2017年7月发现的。这颗名为开普勒-1625 b-i的卫星围绕一颗距地球约4000光年的巨大气态行星运行。但是根据一项新的研究,这颗系外行星本身可能实际上是一颗气态巨行星海王星大小。如果是这样的话,这将是第一次一个气态巨行星围绕另一个气态巨行星运行。

这项研究名为“开普勒-1625 b-i的特征,一个巨大外行星的候选者”,发表在科学杂志《天文学和天体物理学》上。这项研究是由马克斯·普朗克太阳系研究所的天体物理学家莱尼·海勒进行的,他测量了开普勒项目获得的光曲线,以界定系外行星的质量并确定它们的真实特征。

艺术家关于围绕气态巨行星运行的可居住系外行星的想法。资料来源:美国航天局空美国航天局

在太阳系中,我们经常通过卫星了解到许多关于其主要恒星的形成和演化。同样,对系外行星的研究可以提高我们对系外行星系统的理解。正如海勒博士通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样,这些研究也可以揭示这些系统中是否存在可居住的行星:

事实证明,卫星在研究太阳系中行星的形成和演化方面通常非常有用。例如,地球的卫星月球是建立初始天体物理条件的关键,如地球的总质量和地球最初的旋转状态,这后来产生了我们的宜居环境。在另一个例子中,木星周围的伽利略卫星被用来研究木星周围原始吸积盘的状况,这颗行星在45亿年前从吸积盘中吸出了质量。这个吸积盘很久以前就消失了,但是吸积盘中形成的卫星仍然存在。因此,我们可以利用这些卫星,尤其是卫星的当前成分和湿度,来研究过去行星的形成过程。"

对于开普勒1625恒星系统,先前的研究是基于开普勒1625 b及其卫星前方的三个投影光谱观测来估计其半径的。从这三次观测中获得的光传输曲线表明,开普勒1625号有一颗海王星大小的太阳系外卫星在距离它大约20倍于行星半径的地方绕着它运行。

然而,正如海勒博士在他的研究中指出的,这项研究没有考虑主星(开普勒-1625)的径向速度测量,它可以估计两个天体的质量。为了解决这个问题,海勒博士考虑了各种质量分布形式,鉴于现有的大小数据的行星和卫星获得的表征观察。此外,他还试图把它放在太阳系中进行研究。

艺术家想象了一颗围绕气态巨行星运行的系外行星(左)和一颗海王星大小的系外行星(右)。资料来源:美国航天局空美国航天局/JPL-加州理工学院

海勒博士的第一步是根据开普勒观测到的传输光谱特征,估计系统外候选卫星及其主要恒星的质量。

他说:“对数据的动态分析表明,这颗主行星是一颗大约木星大小的褐矮星(半径意义上的“大小”),其质量接近木星的18倍。然而,这一结果的不确定性主要来自开普勒数据中包含的噪声干扰和投影数据的稀有性(只有三组)。事实上,主星可能是一颗类似木星的行星,甚至是一颗质量为37木星的中等大小的褐矮星。候选卫星的质量大致介于几个地球和海王星之间。”

海勒博士接着比较了候选系外行星和开普勒1625b的相对质量,并与太阳系中的各种行星和卫星进行了比较。这一步是必要的,因为根据行星与卫星和行星的质量比,太阳系中的卫星分为两种类型。这些比较表明,月球的质量与其形成的方式密切相关。

例如,由撞击形成的卫星(如月球和冥王星)相对较重,而由行星吸积盘形成的卫星相对较轻。木星的卫星木卫二是太阳系中最大的卫星,但与木星本身(太阳系中最大最大的卫星)相比,它非常小。

这位艺术家想象着他从环绕三星系统的系外行星周围的卫星上看到了什么。资料来源:美国航天局空美国航天局

海勒博士获得的结果相当有趣。首先,他们指出开普勒1625 b-i不能分为这两个家族(重的撞击卫星和轻的吸积卫星)。海勒博士解释如下:

"

“或者,在第三种情况下,开普勒1625 b-i可能是由捕获形成的,这是非常低的,这意味着原来的行星是在一个双星系统中,它被拉进开普勒1625 b的轨道,并且它以前的伴星被从系统中弹出。"

开普勒1625b的质量估计也很有趣。海勒博士的平均估计是19个木星质量,但最大是112个木星质量。这意味着主行星可以是多种类型的恒星,从比土星稍大的气态巨星到棕矮星,甚至是质量非常低的恒星。因此,它不是一个围绕气体巨星运行的气体巨星,而是一个围绕一颗小恒星运行,同时又一起围绕一颗大恒星运行的系统!

艺术家对T型褐矮星的构想。资料来源:tyrothenkreeper/wikimedia commons。

这简直是科幻小说!尽管这项研究不能严格限制开普勒-1625b及其可能卫星的确切质量,但其重要性不言而喻。除了给天体物理学家提供第一个可能的巨型气态卫星的例子外,这项研究对太阳系外行星的研究具有重要意义。如果开普勒1625 b-i被证实,它将告诉我们许多关于它的主要恒星的形成条件。

同时,我们需要做更多的观察来确认卫星的存在。幸运的是,在不久的将来,我们将能够进行大量的观测。开普勒1625b下一次穿越这颗恒星是在2017年10月29日。哈勃的0+望远镜将在此刻探测到它。根据观测到的恒星光线变化曲线,科学家应该能够更好地了解这颗神秘的卫星是否存在以及它看起来是什么样子!

海勒博士说:“如果根据观测数据,卫星不存在,那么这项研究的结果将不适用于开普勒1625系统。”“然而,该论文将提供一个例子来指导未来关于如何对太阳系外卫星进行分类以及如何将它们放入太阳系环境的研究。如果开普勒1625 b-i被证明是一颗真正的太阳系外卫星,那么我的研究将会发现一种新型卫星,它的形成历史与我们已知的卫星完全不同。这个微妙的谜团等待天体物理学家来解决。”

对系外行星的研究就像在黑暗的房间里关灯剥洋葱。随着科学家们不断取得新的进展,他们将会发现更多的秘密。随着下一代望远镜的发展,我们一定能够更多地了解宇宙的奥秘!

作者:universetoday

风云:王利发

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