人类首次用径向速度法,观测到围绕两颗恒星公转的环绕双星
以伯明翰大学的AmauryTriaud教授为首的研究小组,通过使用地上望远镜的被称为"径向速度法"(后述)的观测方法,成功检测出了一颗公转双星类型的太阳系外行星"环绕双星"。并发表了研究成果。
环绕双星是围绕组成双星的两颗恒星旋转的系外行星,与好莱坞电影《星球大战》系列的舞台之一,拥有双子太阳的行星"塔图因(tatune)"类似。据研究小组称,这是第一次用视线速度法检测出环绕双星 。 首次用径向速度法探测到已知的环绕双星"开普勒16b"
构成双星的恒星"开普勒16a""开普勒16b"和围绕其公转的系外行星"开普勒16b"的轨道图
Triaud等人观测的是位于"天鹅座"方向约245光年外的系外行星"开普勒16b"。开普勒16b是美国国家航空航天局(NASA)使用的太空望远镜"开普勒"的观测结果,2011年9月被报告为"首次发现的环绕双星"。开普勒16b被认为是一颗直径约为木星0.754倍、质量约为木星0.333倍的气态行星,围绕双星"开普勒16"公转,公转周期约为229天。
研究小组此次调查了安装在法国上普罗旺斯天文台的193厘米口径望远镜上的光谱观测装置"SOPHIE"在2016年7月至2021年6月期间获得的恒星"开普勒16a"的观测数据。开普勒16a是形成双星开普勒16的恒星之一(质量约为太阳的0.65倍),与另一颗恒星"开普勒16b"(质量约为太阳的0.2倍)围绕共同重心公转,周期约为41天。
通过分析恒星开普勒16a的径向速度(从地球观察的径向速度)变化,研究小组成功地独立探测到了系外行星开普勒16b。研究小组计算出开普勒16b的质量大约是木星的0.313倍。
发现开普勒16b的开普勒太空望远镜,以及NASA目前正在运行的系外行星探测卫星"TESS",都是使用一种被称为"凌日法"的观测方法,对横穿过恒星前方的系外行星进行检测。另一方面,普罗旺斯天文台的SOPHIE观测数据可以用于"径向速度法",即根据系外行星公转时恒星的运动来检测系外行星。
虽然除了开普勒16b以外还发现了几颗环绕双星,但迄今为止还没有用径向速度法检测到的例子。正如文章开头提到的那样,研究小组此次"首次成功地用径向速度法探测到环绕双星"。
此次研究以已知的环绕双星为观测对象,这一成果与使用径向速度法检测出新的环绕双星有关,因此备受期待。
径向速度法利用恒星和行星经由重力的连结,可以求得行星的基本信息之一的质量(最小质量)。另外,对于显示出与检测到的系外行星不同存在的未发现系外行星的征兆,径向速度法也被认为是敏感的观测方法。参与研究的马赛大学的Isabelle Boisse博士说:"已经证明我们可以检测出开普勒16b,今后我们将分析其他许多双星的观测数据,寻找新的环绕双星。"
预计会发现更多环绕双星的行星,因为这将有助于更好地了解行星的形成。行星被认为是由围绕年轻恒星的气体和尘埃组成的"原行星盘"中尘埃的聚集(吸积)形成的,但领导这项研究的特里奥德说:"用标准理论来说明环绕双星的存在是很困难的。因为两颗恒星会干扰原行星盘,阻止尘埃在行星上吸积。" 用于观测系外行星的径向速度法和凌日法
"径向速度法(多普勒移位法)"是指,随着系外行星的公转,主星会像画圆一样轻微晃动,以此为基础,间接检测系外行星的方法。
随着行星的公转,主星也随之晃动,当主星接近地球时,光的颜色就会呈现出蓝色,当主星远离地球时,光的颜色就会呈现出红色。这种主星颜色的变化,是通过进行获得天体光谱(每个波长的电磁波强度)的光谱观测来检测的。径向速度法的观测数据除了可以计算系外行星的公转周期外,还可以计算出系外行星的最小质量。
另一种"凌日法"是指,系外行星在发生横穿主星(恒星)前的"凌日(transit)"时,以主星亮度的细微变化为基础,间接检测系外行星的方法。美国国家航空航天局(NASA)的系外行星探测卫星"TESS"等就是利用这种方法探测系外行星的。
通过观测反复发生的凌日现象,可以根据凌日的周期得知系外行星的公转周期。另外,根据凌日时主星的光度曲线(表示随着时间变化的天体光度的曲线),可以得到系外行星的直径和大气的有无等信息。
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