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类似于木星的系外行星在大多数行星系统的最佳位置发现

发布时间:2019-06-13 10:30:31 来源:

由于行星在旋转的气体和年轻恒星周围的尘埃中形成,似乎有一个甜蜜的地方,大多数巨大的,木星般的气体巨人聚集在一起,围绕着木星今天坐落在我们自己的太阳系中的轨道。

这个最佳位置的位置是地球距离太阳的距离的3到10倍(3-10个天文单位,或AU)。我们太阳的木星是5.2 AU。

这只是对Gemini Planet Imager或GPI(一种安装在智利8米双子座南望远镜上的敏感红外探测器)捕获的300颗恒星进行前所未有的分析的结论之一。

GPI系外行星调查(GPIES)是直接搜索系外行星的两个大型项目之一,它通过阻挡恒星的光线并拍摄行星本身,而不是寻找恒星中的明显摇摆 - 径向速度法 - 或者在恒星前面穿越的行星 - 运输技术。GPI相机对最近形成的行星和褐矮星发出的热量敏感,这些行星比气体巨行星更大,但仍然太小而不能点燃融合并成为恒星。

美国加州大学伯克利分校天文学教授,合作理论小组成员Eugene Chiang说,对GPIES调查的500多颗恒星中的前300颗进行分析,这些恒星于6月12日在天文学杂志上发表,“是一个里程碑”。“我们现在可以很好地统计行星发生的频率,它们的质量分布以及它们离恒星的距离。这是我在这个领域看到的最全面的分析。”

该研究通过计算10到100 AU之间的行星来补充早期的系外行星调查,其中开普勒太空望远镜过境测量和径向速度观测不太可能探测到行星。它由斯坦福大学Kavli粒子天体物理学和宇宙学研究所的科学家Eric Nielsen领导,参与了全球40个机构的100多名研究人员,包括加州大学伯克利分校。

一个新的行星,一个新的褐矮星

自从GPIES调查于五年前开始以来,该团队已经成像了六颗行星和三颗褐矮星,这三颗恒星在这300颗恒星上空运行。研究小组估计,大约9%的大质量恒星的气体巨星在5到13个木星质量之间超过10 AU,而不到1%的大型恒星有10到100个AU之间的褐矮星。

新数据集提供了对行星系统中大型物体形成方式和位置的重要见解。

“当你从中央恒星出来时,巨行星变得更加频繁。大约3到10个AU,发生率达到峰值,”蒋说。“我们知道它达到了顶峰,因为开普勒和径向速度调查发现速率上升,从非常接近恒星的热木星到星际上几颗AU的木星.GPI已填充到另一端,从10到100 AU,并发现发生率下降;巨行星更常见于10比100。如果你把所有东西都结合在一起,那么巨行星的发生位置大约在3到10 AU之间。“

“对于未来的天文台,特别是三十米望远镜和雄心勃勃的太空任务,我们将开始对位于太阳恒星的最佳位置的行星进行成像,”加州大学伯克利分校天文学兼职教授团队成员保罗卡拉斯说。

系外行星调查发现只有一颗以前未知的行星 - 51颗Eridani b,几乎是木星质量的三倍 - 以及一颗以前不为人知的褐矮星 - HR 2562 B,重约26颗木星质量。成像的巨行星都不是围绕着太阳般的恒星。相反,巨型气体行星仅在更大质量的恒星周围被发现,至少比太阳大50%,或1.5太阳质量。

“考虑到我们和其他调查到目前为止,我们的太阳系看起来不像其他太阳系,”GPI首席研究员,斯坦福大学物理学教授布鲁斯麦德林说。“我们没有尽可能多的行星像太阳那样靠近太阳,我们现在有一些初步的证据表明我们可能很少见的另一种方式就是拥有这种类型的木星和行星。”

“大型行星在比星星更大的恒星周围更常见的事实是一个有趣的难题,”蒋说。

因为在夜空中可见的许多恒星都是巨大的年轻恒星,称为A星,这意味着“用你的眼睛在夜空中可以看到的星星更有可能在它们周围拥有木星质量的行星而不是你需要的更暗的恒星望远镜看,“卡拉斯说。“这有点酷。”

分析还表明,气体巨行星和褐矮星虽然看似连续增加质量,但可能是以不同方式形成的两个不同的种群。气体巨石的质量约为木星质量的13倍,似乎是由于气体和尘埃堆积在较小的物体上而形成的 - 从下往上。布朗相形见绌,13至80颗木星质量,形成像星星一样,引力坍缩 - 从上到下 - 在产生恒星的同一团气体和尘埃中。

“我认为这是我们最清楚的证据,这两组物体,行星和褐矮星形成不同,”蒋说。“他们真的是苹果和橘子。”

直接成像是未来

借助极端自适应光学系统,Gemini Planet Imager可以对行星周围的行星进行清晰成像,可快速检测大气中的湍流,并通过调整柔性镜的形状来减少模糊。该仪器检测到仍然从内部能量发出的物体的热量,例如大型的系外行星,是木星质量的2到13倍,年轻的,不到1亿年的老,而我们的太阳的年龄为46亿年份。即使它阻挡了来自中央恒星的大部分光线,眩光仍然限制了GPI只能看到远离它们所围绕的恒星的行星和褐矮星,大约在10到100 AU之间。

该团队计划分析调查中剩余恒星的数据,希望能够更深入地了解行星和褐矮星的最常见类型和大小。

蒋指出,GPIES的成功表明直接成像在系外行星的研究中将变得越来越重要,特别是对于了解它们的形成。

“直接成像是获得年轻行星的最佳方式,”他说。“当年轻的行星正在形成时,它们的年轻恒星太活跃,太紧张,因为径向速度或运输方法很容易。但通过直接成像,视觉相信。”

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