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【中国科学报】寻找太阳系外的“贵族”
发表日期: 2018-01-24
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  ■本报记者 丁佳 

  太阳系外,它们飘浮在茫茫宇宙中,没有人知道,它们从哪里来,要到哪里去,为何如此形单影只?

  近日,美国《国家科学院院刊》以封面亮点文章形式刊发了北京大学、南京大学、中国科学院国家天文台以及美国犹他大学等合作完成的一项研究。该团队利用国家天文台郭守敬望远镜(LAMOST)观测数据,发现了一类新的太阳系外“贵族”行星家族——热海星。

  孤独的“小王子” 

  多年来,对太阳系外行星(简称系外行星)的探索一直是国际上一个重要的热点前沿方向。

  1995年,科学家发现了第一颗系外行星飞马座51b。它的发现是天文学史上的一个里程碑,开辟了人类视野。因为,这颗行星属于一类非常特殊的系外行星族群——热木星。热木星的大小跟我们太阳系中的木星差不多,不过因为它距离自己的“太阳”很近,所以表面温度很高。

  之后的20多年,科学家陆续发现了上百颗热木星,尽管推论众多,但是这类行星的形成和起源却始终是个谜。

  与已发现的上千颗系外行星相比,热木星族群有些重要特征。比如,热木星很稀少,大概每100颗恒星周围才有1颗热木星。

  其次,热木星所环绕的“太阳”大多数比我们的太阳金属丰度要高,也就是富含更高比例的重于氢和氦的化学元素。

  另外,热木星比较“孤独”,它们的附近一般很少有其他行星。也就是说,热木星是一类稀有的、来自“富裕”家庭的“独生子女”。这些热木星的标志性特征,蕴含着其形成和起源的重要线索。

  星海弄潮儿 

  那么是否存在与热木星具有类似关键特征的其他行星族群呢?科学家希望得到这个问题的答案,因为它会为解开热木星起源之谜带来全新线索。

  在过去几年,以美国开普勒卫星为代表的望远镜在寻找系外行星方面取得了巨大的成功,探测到了几千颗系外行星,为解决热木星起源之谜带来了契机。

  但是,研究这个问题的关键,是要确定这些行星系统的基本性质,如行星的半径和宿主恒星的金属丰度等,而这些属性的测定则需要对恒星进行光谱观测。

  这就需要进行光谱获取率极高的观测。但绝大多数望远镜难以胜任,只能望洋兴叹。

  但是,中国的望远镜让人们重燃希望。

  中科院国家天文台的郭守敬望远镜采用了一种独特的设计,能在大视场中同时观测数千个天体的光谱,是世界上光谱获取能力最高的望远镜。这使得该望远镜在系外行星科学的研究中独树一帜。

  近几年来,郭守敬望远镜在开普勒天区观测了数万颗恒星,并得到了它们的光谱。

  通过与其他高精度方法的比较论证,研究团队发现,郭守敬望远镜光谱对恒星基本属性的测量结果非常可靠,达到相当高的精度。

  “从光谱获得的高精度的恒星参数加上精确的时序测光可以对行星半径等关键属性进行高精度测量,就能对成百上千的系外行星进行准确分类和系统研究了。”中科院国家天文台研究员罗阿理说。

  “贵族亲戚”现身 

  利用郭守敬望远镜的精确恒星数据,研究人员取得了惊人的发现。

  随着金属丰度的升高,一些从没被发现过的行星现身了。这些行星几乎总和热木星“相伴”出现,而且与热木星一样,大多“形单影只”。

  这些行星跟热木星有一些相似的特征,它们就像是热木星的“表亲”。研究团队给这类新的行星家族起名为“热海星”。

  热海星的平均大小与太阳系的海王星类似,其大小的分布从2倍地球半径到6倍地球半径不等,平均相当于4个地球半径。

  与热木星类似,热海星也比较稀少,只有大约1%的恒星附近存在热海星。

  “将来通过对含热海星的恒星系统进行更高分辨率的观测和视向速度观测,科学家就可以测量热海星的质量,从而进一步研究它们的结构和组成。”罗阿理透露。

 

    《中国科学报》 (2018-01-24 第1版 要闻)
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