天文學家發現了一顆高度「偏心」的系外行星


近幾十年來,對太陽系外行星的研究揭示了一些有趣的現象。天文學家不僅發現了全新類型的行星—— 超級木星、熱木星、超級地球、迷你海王星等,還揭示了太陽繫結構和行星動力學的新事物。例如,天文學家已經發現了多個行星系統,這些行星的軌道與我們的太陽係不一致。

根據伯爾尼大學領導的一項新研究,一個國際研究小組最近觀察到一顆小海王星(TOI – 2257b)圍繞一顆距離地球約188.5光年的紅矮星旋轉。這一發現的有趣之處在於,這顆小小的冰巨星怎麼會有這樣一個「偏心」的軌道,它的長度幾乎是它的寬度的兩倍!這幾乎是水星的2.5倍,這使TOI-2257 b成為迄今為止發現的最古怪的行星!

這項研究是由來自伯爾尼大學空間和可居住性中心(CSH)和國家行星研究能力中心(NCCR)的研究人員組成的SAINT-EX 聯盟的工作。歐洲航天局歐洲空間研究與技術中心(ESTEC)、美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)、美國宇航局艾姆斯研究中心以及多所大學和研究機構的成員加入了他們的行列。

為了他們的研究,該團隊依靠的是凌日系外行星調查衛星(TESS)獲得的數據,該衛星對紅矮星TOI-2257 進行了4個月的觀測,並注意到它的光度反覆下降。這就是所謂的凌日法(凌日測光法),在這種方法中,相對於觀察者來說,亮度的周期性下降被認為是行星從其面前經過的可能跡象(又名:凌日)。

上圖:凌日系外行星勘測衛星(TESS)在宇宙中的想像圖。

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然而,這四個月的觀測間隔產生了一定的不確定性。雖然,下降表明存在一顆直徑為2.2地球半徑的系外行星,但尚不清楚這顆行星的軌道周期是176、88、59、44還是35天。因此,該團隊將TESS數據與來自凌日系外行星搜索與表徵(SAINT-X)、TRAPPIST-North和弗雷德·勞倫斯·惠普爾天文台(FLWO)望遠鏡的觀測數據相結合。

特別是,SAINT-EX 望遠鏡,在見證了35 天后的部分凌日之後,幫助確認了行星的軌道周期,隨後又出現了更多周期為35天的凌日。又過了35天,SAINT-EX 能夠觀察到整個凌日,這為我們提供了有關係統特性的更多信息。

這35天的周期表明TOI-2257 b 在其母星的繞太陽宜居帶(HZ) 內運行,這是液態水可以在其表面存在的距離。較短的軌道周期也使研究這顆行星更容易,因為科學家將能夠定期觀察凌日,從而增加測量來自母星穿過其大氣層的光的機會。這就產生了光譜,天文學家可以用它來確定這顆行星大氣的化學成分。

上圖:一幅藝術家繪製的圍繞TOI-1233運行的五顆行星的圖像,其中四顆是通過由麻省理工學院領導的美國宇航局的凌日系外行星衛星勘測(TESS)發現的。

領導這項研究的CSH和NCCR研究員尚奇,在伯爾尼大學最近的一份新聞稿中解釋說,關於TOI – 2257 b 軌道的另一個促進因素是它的偏心率:

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「我們發現TOI-2257b 沒有圓形的同心軌道。就潛在的宜居性而言,這是個壞消息。雖然這顆行星的平均溫度是舒適的,但它的溫度從-80°C到大約100°C不等,這取決於行星在軌道上的位置,離恆星是遠還是近。」

在我們的太陽系中,水星的軌道是所有行星中最偏心的,評級為0.25。如果你將它的軌道繪製在二維平面上,一個維度將比另一個維度長20%。雖然冥王星的偏心率更大(0.2488),但命名約定的專橫使我們無法說它保持著記錄(目前)。在偏心率為0.50的情況下,TOI 2257b的軌道沿其面向地球的軸長了50%。

天文學家說,一個可能的解釋是,潛伏在系外系統中的另一顆巨行星正在擾亂TOI 2257 b 的軌道。需要使用徑向速度法(又名都卜勒光譜法)進行進一步觀察,以確定其他系外行星是否圍繞這顆恆星運行,正如它們對它的引力影響所表明的那樣。這種方法仍然是最有效的方法之一,並被用於不太可能觀測到凌日的地方。

上圖:韋伯的主鏡攔截在太空中穿行的紅光和紅外光,並將其反射到一個較小的副鏡上。然後,副鏡引導光線進入科學儀器,並在那裡進行記錄。

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TOI 2257 b 的特殊性質,也使其成為詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWS)後續觀測的良好候選者。利用其先進的紅外光學套件,JWST將觀測凌日系外行星的光譜,並表徵它們的大氣層。當JWST開始收集光線時,那些具有良好透射光譜度量(TSM)的行星將優先考慮,而TOI-2257 b 是最具吸引力的亞海王星目標之一!

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