美国宇航局的系外行星望远镜探测到8个“超级地球”

“超级地球”与潮汐锁定

新发现的行星有助于解决一个悬置已久的宇宙之谜。

目前对系外行星巨蟹座55 e的了解，这幅图显示了它的轮廓。

(图片来源:美国航空航天局, 欧洲航空航天局, 加拿大标准协会, 达尼/运动员 (太空望远镜科学研究所))

每天都有越来越多的系外行星被发现。

行星总数5500颗以上，大多数已经被开普勒太空望远镜发现。过去的几年里，美国宇航局的凌日系外行星测量卫星(TESS)一直在让宇宙行星目录稳步增长。

新南威尔士大学(University of New South Wales)博士生普里亚什库马尔·米斯特里(Priyashkumar Mistry)领导的一组科学家，利用统计方法梳理了TESS在夜空中的大量数据，报告了可能发现的8颗新的系外行星。更重要的是，根据美国宇航局的说法，这些行星被认为是“超级地球”，一类比地球大但比海王星小的系外行星。

迄今为止，TESS已经确认了近400颗系外行星，还有6977颗等待确认。这颗卫星观察附近的恒星，等待恒星亮度的下降或波动。对天文学家来说，亮度下降表明，在地球和恒星之间可能有物体经过，它可能是一颗新的系外行星。

“如果这种轨道运动出现在地球和恒星之间，我们将观察到被观测恒星的亮度下降。这就是我们所说的凌日，”米斯特里告诉太空网。

米斯特里和他的团队使用“使用统计工具验证凌日系外行星”(VaTEST)项目来识别TESS数据中的异常现象，这些异常表明系外行星的存在。

统计工具对我们的需求在哪里?

亮度下降不仅是由凌日系外行星引起的。类似误报还包括一颗恒星绕另一颗恒星运行(双星系统)，或一个背景源，导致类似凌日的信号。

米斯特里解释说，凌日法只能提供轨道天体的半径。如果一颗行星大小的恒星，比如棕矮星或红矮星在轨道上运行呢?天文学家通常会用一种叫做视向速度(RV)的方法来计算过境物体的质量，视向速度是轨道物体对其母星施加引力的速度。这就导致了恒星的小舞蹈，或者说“摇摆”。

然而，为了探测到RV信号，只观察一颗恒星可能需要花费很多时间，尤其是如果这颗系外行星的轨道周期很长——研究人员没有时间和资源。

然而，Va测试为米斯特里和他的团队提供了另一种方法来确认这些凌日事件是否真的是系外行星轨道运行的结果。

“该工具接受过境数据和一些输入，如过境深度、周期、TESS标识符等。然后开始对数据进行不同的模型拟合、概率计算。最后，计算误报概率(FPP)，如果结果< 1%，即验证这个凌日信号是行星凌日，”米斯特里说。

该统计工具得出，有八颗凌日事件可能是由一类 “超级地球”系外行星引起，六颗属于 “基石行星”的区域，行星的特征有助于天文学家更好地了解系外行星的总体规模，有助于他们进一步的研究。

基石行星是什么?

要理解天文学概念“基石行星”，首先要理解半径谷的涵义。半径谷在地球半径1.5到2倍之间的行星非常稀少，在已知的围绕低质量和类太阳恒星运行的系外行星中，轨道周期不到100天。这个半径范围涵盖了超级地球和另一类行星——亚海王星，它们是半径小于海王星（大于地球）的系外行星。

为什么会存在这种稀缺性?一些理论认为，这可能是由于光蒸发质量损失，即来自母星的强烈辐射会随着时间的推移逐渐剥离行星的大气层。这表明这个关键区域内的行星主要由岩石组成，但观察结果尚未证实。

“为了理解这种矛盾，我们需要越来越多的关键区域行星。它也使得验证系外行星研究变得有趣，”米斯特里解释说。将更多的关键行星添加到系外行星目录，使用詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)进行后续观测，有助于天文学家解决哪种解释最适合系外行星的谜团。

这些超级地球中有可能存在生命吗?

—在附近恒星的宜居带发现了两颗“超级地球”系外行星。

—是什么让一颗行星适合居住? 我们的假设可能是错误的。

—10颗可能存在外星生命的系外行星。

虽然超级地球的名字中确实有“地球”，与它们孕育生命的潜力有所区别。相反，生命可能会很难在米斯特里和他的团队目前发现的任何超级地球上存续。因为行星离它们的母星很近。“它们与宿主恒星的距离比水星与太阳的距离还要近，”米斯特里说。通常它们是潮汐锁定的，行星的一边永远朝向着恒星，而另一边永远笼罩在黑暗中。它要么处于炙热的温度中，要么处于冰寒世界，这两种温度状态都不适合生命生存。“但谁知道呢。宇宙充满了如此多的意外，”米斯特里打趣道。在预印本服务器arXiv上可以找到关于8个超级地球的研究，该论文目前正在澳大利亚天文学会出版物上进行审查。