类日恒星的观测

如题所述

第1个回答  2016-06-05

然而,对于在宇宙其他恒星周围找到类木行星还不能完全绝望,由于该观测只是关注了恒星周围的尘埃,并不会发现已经形成的行星。情况有可能是这样:其中某些类日恒星早已拥有了行星。
“也许我们只是在观测还没有行星形成的恒星”,加州理工学院的天文学家约翰·M·卡彭特说,“也许一些其他的恒星已经有行星形成。这只不过是时期不定的快照,随着对其他不同时期星系团的观测,可以建立起一个更为完善的图片库。”卡彭特与艾斯纳一起参与了猎户座研究。
其他科学家们承认,关于太阳系以外的恒星系统,有很多问题有待解答。
“随着我们的观测精度不断提高,我们会发现更多行星”,哈佛大学行星搜寻专家大卫·夏伯诺说,“自从我们开始搜寻以来,发现行星的频度一直在提高。”夏伯诺并没有参与这项猎户座研究。
夏伯诺指出,如果就确切地说出地球系统是否具有代表性,恐怕为时尚早,然而,研究其他恒星是否具备形成类似太阳系的系统所必需的原材料,对此也是有所帮助的。
“当然,了解恒星周围的材料是否足以形成行星,是至关重要的一步”,夏伯诺说。
地外生命
如果证明类日恒星拥有类木行星的情况实属罕见,那么就意味着地外生命也是罕见的。
一些科学家提出,太阳系拥有木星,对于地球生命的形成有所帮助。原因之一在于,大型行星可以保护较小的内部行星,使它们不至于受到太空岩石特别猛烈的撞击。如若不然,任何处于发育状态的,哪怕是星星点点的生命都会被撞得粉碎。
此外,大型行星会将彗星和小行星“踢”出运行轨道,并使它们踏上通往较小的类地行星之路。这些太空岩石可能是有机材料和水的输送系统。 包括美国普林斯顿大学、德国马克斯·普朗克天文研究所等在内的科研团队发表公报声称,他们首次直接拍到了一颗绕类日恒星轨道运行的类行星天体照片。相关论文已发表在《天体物理学杂志通讯》上。
2008年,天文学家曾经拍摄到一个类似的天体模式,当时他们公布了一个单行星和多行星系统的直接图像,不过该系统所绕恒星是巨恒星,质量远远超过太阳。而此次天文学家借助美国夏威夷的8米口径“昴宿星团”天文望远镜,首次拍摄到在太阳系外类日恒星GJ 758附近,有一颗围绕该恒星运行的天体。母星GJ 758质量和温度与我们的太阳相当,与地球之间的距离约为480万亿公里,大约相当于50光年。
GJ 758的神秘“伴侣星”代号为GJ 758 B,其真实身份有待核实。现可测得它的温度为约280摄氏度至370摄氏度,是迄今发现的类日恒星周围类行星中最冷的一个;运行轨道半径比海王星稍大;质量估计是木星的10倍至40倍,一般质量超过13颗木星的天体通常被视为褐矮星,而低于这一质量便无法发生核反应,因此估计它可能是个巨大行星或轻量级褐矮星。
与以往拍摄到的太阳系外行星相比,“伴侣星”GJ 758 B更类似于太阳系行星。该类行星正处于自身发展的收缩期,当前与所绕恒星之间的距离至少是地日距离的29倍,或者说相当于太阳与海王星之间的距离。
美国太空网就此发现对研究小组成员、普林斯顿大学的迈克尔·麦克艾尔瓦恩进行了采访。麦克艾尔瓦恩表示无论该类行星身份是什么,人们能够发现一颗温度如此之低、质量如此之小的天体与一颗恒星构成与我们太阳系类似的系统,都足够让天文界兴奋了。如果它真是褐矮星的话,那么这种绕类日恒星轨道运行的现象则非常罕见。
消息公布后,舆论界更关注的话题是其对太阳系的参照作用,以及是否有外星生命存在。对此,马克斯·普朗克天文研究所的约瑟夫·卡森博士指出,获得的类行星GJ 758 B的图像信息只能说明,类日恒星周围形成行星等天体及其表面环境有多种能性,太阳系的模式是其中之一,其恰巧拥有利于生命繁衍的环境。 揭示太阳命运
北京时间2009年12月19日消息,据美国媒体报道,法国巴黎天文台科学家经观测发现,一颗距离地球550光年的类日恒星目前正处于死亡前的阵痛之中。科学家们首次拍下了一组关于该恒星详细变化过程的特写照片。通过对这组照片的分析,科学家们认为,这颗恒星的现状预示着50亿年后太阳的命运。
据了解,这颗恒星名为“天鹅座-X”星(Chi Cygni),位于天鹅座的颈部附近。“天鹅座-X”星的核心氢燃料已基本耗尽,正逐步演变成一颗红巨星。而且,它的体形也在不断地反复收缩和膨胀,就好象是一颗正在跳动的巨型心脏。当它膨胀到足够大时,将可能会吞没太阳系中火星外层的所有行星。
科学家们拍下了一组“天鹅座-X”星表面的特写镜头,这组特写镜头以前所未有的详细画面展现了该恒星从2002年6月到2009年1月的变化情况,生动地揭示了该恒星垂死前的阵痛。法国巴黎天文台科学家西尔维斯特-拉库尔领导了这项研究。拉库尔表示,“太阳将于50亿年后死亡。今日的天鹅座-X星就是50亿年后的太阳。”因此拉库尔认为,对天鹅座-X星的研究将有助于发现更多关于太阳未来命运的奥秘。
科学家解释说,随着类日恒星的日益老化,它们的核心氢燃料将燃烧殆尽。这就好比是当汽车燃油耗尽时,它的发动机就会出现异样声响。对于“天鹅座-X”星,科学家们也发现了它的异常变化,亮度时明时暗,体积也是时而收缩,时而膨胀。处于这个阶段的恒星一般被称为“米拉型变星”。在这一阶段,垂死的恒星会向外丢弃大量的外层物质,这些物质将在数十万年以后形成美丽的行星状星云。
“天鹅座-X”星的膨胀收缩周期为408天。当它收缩到最小的时候,直径约为3亿英里(约合4.8亿公里)。在这个时候,由于其表面有大量的炽热岩浆在翻滚,因此它的表面会出现明亮的斑点。当它膨胀到最大时,直径约为4.8亿英里(约合7.7亿公里),这一体积足以吞没太阳系的小行星带,但这时它也是最冷淡和最昏暗的时刻。
科学家们首次以如此清晰的特写镜头揭示了“天鹅座-X”星的变化过程。他们将这一研究成果发表于《天体物理学》杂志上。拉库尔表示,“通过这些清晰的图像,我们让这颗脉动变星变得更加生动。我们通过观测发现,它的膨胀和收缩过程,不仅仅是半径变化,还存在许多其他现象,比如在最小半径时,它的表面会出现巨大热区。”
事实上,观测和拍摄这种变星是极端困难的事情,这主要有两个方面原因。第一,这种恒星通常隐藏于紧密的尘埃和分子外壳之中。为了研究包裹于这种外壳之内的恒星表面,天文学家必须要利用特殊波长的红外天文望远镜进行观测。红外线可以穿透厚密的尘埃外壳。第二个原因就是这些恒星距离地球太远,因此它们看起来非常小。尽管它们的体积比太阳要大,但是从地球上看过去,它们不会比月亮上的一间房屋大多少。普通的望远镜精度不够。
因此,天文学家使用了位于美国亚利桑那州史密松物理天文台的红外光学望远镜阵列进行观测和拍摄。研究小组成员、美国哈佛-史密松天文物理中心科学家马克-拉卡塞表示,“红外光学望远镜阵列拥有独特的观测能力,它能够为我们提供更高清晰度的照片。‘哈勃’太空望远镜所能够分辨出的最小照片,即使再小15倍,红外光学望远镜阵列也能够解析出其中的细节。”此外,美国变星观测协会也为研究小组提供了大量的观测数据。 据美国太空网报道,天文学家表示,他们首次直接拍到了一颗绕类日恒星轨道运行的类行星天体照片。2008年,天文学家便宣布捕捉到一个类似的背景,当时他们公布了一个单行星和多行星系统的直接图像。然而,类似系统所绕恒星是巨恒星,质量远远超过太阳。
此次有关这颗被确认的天体照片由夏威夷昴星望远镜于5月和Addar#v8月拍摄,当时一个新的行星搜寻设备正在接v受早期测试。研究小组成员、普林斯顿大学的迈克尔·麦克艾尔瓦恩表示,这颗类行星天体被称之为“GJ 758 B”,所绕母星质量和温度与我们的太阳相当,与地球之间的距离为300万亿英里(约合480万亿公里),大约相当于50光年。
科学家尚无法确认这颗天体到底是一颗较大行星还是一颗褐矮星。褐矮星是宇宙中的不称职成员,也被称之为“失败的恒星”。据他们估计,这颗天体的质量是木星的140倍。质量超过13颗木星的天体通常被视为褐矮星,低于这一质量便无法发生核反应。
麦克艾尔瓦恩表示,不管是哪一种情况,能够获取这颗天体的图像都是一件令人兴奋的事情。他在接受太空网采访时说:“褐矮星绕类日恒星轨道运行的现象非常罕见。能够发现一颗温度如此低,质量如此小的天体绕附近一颗恒星运行并构成与FbIKuCA我们的太阳系类似的系统令人非常兴奋。” 恒星金属源于行星碎片
欧洲南部天文台(EOS)一支国际天文学家研究小组通过研究拥有行星的恒星发现,矮星表面含富铁元素,而巨星上则不是这样。科学家们认为,前者是由于行星碎片掉落造成的,而这种“污染”在巨星上被稀释并融入了巨星内部。
自从第一颗外星行星被发现以来,科学家们已知这些行星偏好富含铁元素的恒星,拥有行星的恒星比没有行星的恒星金属含量高两倍左右。
那么到底是恒星金属促进了行星演化呢,还是行星的存在导致了恒星金属含量较高呢?这是一个典型的鸡生蛋还是蛋生鸡的问题。如果是前一种情况,那么恒星内部也应当富含金属,而如果是后一种情况,那么仅有恒星表面富含金属。
通过观察恒星测量光谱天文学家们只能了解恒星外层,而无法确定其整体构成成分。一支国际天文学家团队决定另辟蹊径,通过另外一种类型的恒星来研究这个问题——他们选择了红巨星。红巨星是已经消耗尽氢元素的恒星,例如太阳在数十亿年后就会成为一颗红巨星。随着红巨星的体积不断膨胀,温度也不断降低。
天文学家研究了14颗拥有行星的红巨星,发现它们与其它拥有行星的恒星大不相同——它们的金属含量并不高。
天文学家们认为,最合理的解释是红巨星与类日恒星的结构不同。混合所有气体的对流区(convective zone)仅占类日恒星质量的2%,而在红巨星上则增长了35倍,也就是说,在红巨星上来自行星的碎片会被稀释35倍。
当恒星被原始行星盘包围的时候,富含较重金属的物质会掉落到恒星上,污染其表面。这种污染在类日恒星上很明显,但在巨星上则被大大稀释在广阔的气层中。 新的系外行星
据国外媒体报道,欧洲天文学家日前宣布在太阳系外新发现了32颗行星,这意味着系外行星总数已超过400颗。
据研究人员介绍,这32颗系外行星大小不等,有的质量仅是地球的5倍,有的质量是木星的5到10倍。天文学家通过设在智利拉斯拉的欧洲南方天文台3.6米望远镜上的超敏感观测仪发现了这些系外行星的踪迹。此次发现令天文学家们激动不已,因为这表明银河系内可能存在大量的低质量行星。
瑞士日内瓦大学天文学家斯蒂芬·乌德里(Stephane Udry)说:“根据最新研究结果,我们现在确定了一个问题,即至少40%的类日恒星具有低质量的行星。这一发现确实很重要,因为意味着低质量的行星基本上无处不在。一个令人非常感兴趣的事实是,电脑模型会对它们的特点做出预测,我们也会找到它们。此外,电脑模型甚至还能预测像地球一样质量更低的行星。”
最新发现使得已知系外行星的数量超过400颗。之前的系外行星都是通过一系列天文技术和望远镜确认的,而最新一批则是欧洲南方天文台高精度视向速度行星搜索器(HARPS)观测的结果。高精度视向速度行星搜索器利用了一种有时被称为“摇摆法”(wobble technique)的技术。这是一种间接的观测方法,即通过行星在经过恒星时所引起的摇摆现象,预知系外行星的存在。
天文学正逐步突破当前探测系外行星技术的限制,迄今发现的大多数系外行星都是类似木星质量,或是比木星质量更大的天体。但是,高精度视向速度行星搜索器将重点聚焦于温度相对低的小恒星(所谓的M级恒星),希望发现低质量行星的踪迹。低质量行星的活动极有可能像太阳系中的岩质行星一样。
在已知28颗质量低于20倍于地球质量的系外行星中,高精度视向速度行星搜索器现已确认了其中的24颗,而剩余6颗就在最新发现的列表中。乌德里教授在接受英国广播公司采访时说:“我们在5倍于地球质量的天体上有两个候选,在6倍于地球质量的天体上也有两个候选。”
天文学家宣布高精度视向速度行星搜索器发现了一个质量仅是地球两倍的行星。科学家认为这颗行星上没有生命存在,因为它距其母恒星非常近,表面温度高的惊人。高精度视向速度行星搜索器任务小组宣布了最新发现的32颗系外行星。他们同时表示,希望在未来6个月里证实另一批相同数量的系外行星的存在。
天文学家的最终目标是在恒星的“适居带”发现岩质行星。所谓恒星“适居带”是指一个温度在支持液态水存在范围内的轨道。科学家认为,引入更新、更敏感的观测技术可以让他们在未来几年内确认此类天体。
美宇航局在年初发射了“开普勒”天文望远镜,希望通过观测恒星穿越地球大小的行星时光线的微妙变化,确定此类行星的踪迹。若要正确识别行星的特点,便需要不同的观测方法。开普勒“飞越法”可以揭示天体的直径,而类似高精度视向速度行星搜索器这样的测量仪器则能揭开此类天体的质量之谜。
本报讯银河系中有许多和太阳类似的恒星,一个由俄亥俄州大学地质学家和天文学家组成的小组正在以新的方式寻找着外星生命。据物理学家组织网报道,在本周于圣·弗朗西斯科召开的美国地球物理学联盟会议上,该小组报告了他们新研究的初步结果:围绕着这些类日恒星公转的行星,可能比我们的地球更热,更加有活力。这些系统的类地行星内部,温度超过地球25%。因此从地质学上来讲,它们会更活跃、更可能保留足够的液态水来支持生命,至少是微生物形式的生命。
他们研究了8个大小、年龄、总体成分和太阳极为相似的类日恒星,检测了其中所含放射性元素的数量。恒星数据来自智利的欧洲南方天文台高精度径向速度恒星搜索器(HARPS)光谱仪数据库。
放射性元素衰变是地热的重要来源,对地球的板块构造也必不可少,而板块构造有助于维持地球表面的水。所以有时人们也把板块构造作为行星能否支持生命的一个指标。通过分析类日恒星中的钍、铀等元素,研究人员发现其中7个所含的钍比太阳更多,这表明围绕它们公转的每颗行星也都可能含有更多的钍,意味着这些行星可能比地球更温暖。俄亥俄州大学博士生凯曼·安特伯恩说,比如其中一颗恒星所含的钍是太阳的2.5倍,围绕它公转的类地行星内部所产生的热量可能要超过地球25%,这会使板块构造持续时间更长,也就有更长时间形成生命。
“如果证明了这些行星确实比以前认为的更温暖,那我们就能围绕这些恒星,有效地扩大宜居带,将其从主恒星向外推得更远,更多地考虑那些可能适合微生物生命的行星。”安特伯恩补充说,“我们能肯定的是,类日恒星内部的放射性元素数量存在某种自然差异。但由于样本包括太阳在内只有9个,我们对这种差异在整个星系的分布还不太了解。从已知的行星来看,我们已知围绕类日恒星的行星可能表现出同样的差异,这种差异会对生命的形成产生影响。”
该校地球科学院副教授温迪·帕内罗解释说,放射性元素如钍、铀等在地球幔层中都有,它们从内部加热了行星,这种方式不同于来自地核的热传导。“地核一开始就是热的,但它并非唯一的热源,另一个重要因素就是放射性元素衰变,这是从地球形成时就开始了。没有放射性衰变,就没有足够的热量来驱动板块构造,维持地球表面的海洋。”
“一颗行星要想在地质学的时间尺度上维持住它的海洋,需要有某种地壳‘循环系统’,对地球来说就是地幔对流。”安特伯恩说。地球上的微生物能从地下热量中受益。大量古生菌微生物能不靠太阳能,直接靠地球深处的热量生存。地球上的大部分放射性衰变的热量来自铀,那些富含钍的行星能提供更多热量,半衰期也更长,能维持更长时间更热的环境,这给了它们更多时间发展出生命。
谈到为何我们太阳系的钍更少,安特伯恩解释说:“这一切都开始于超新星。超新星中创造的元素,决定了形成新恒星和行星所能利用的材料。类日恒星散布在银河系,形成于不同的超新星,只是出于偶然,它们才有了比我们更多的钍。”

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