由加泰羅尼亞空間研究所和西班牙空間科學研究所 Ignasi Ribas博士帶領的國際天文學家團隊,當中包括來自香港大學地球科學系和物理系的李文愷博士,發現了一顆圍繞巴納德星(Barnard’s star)運行的候選行星。巴納德星是距離太陽最近的單星系統,其距離僅次於三星系統半人馬座阿爾法。研究結果剛於今天(11月15日)在國際權威學術期刊《自然》(Nature)中發表。
巴納德星距離地球只有六光年,因此在夜空中看起來比任何恆星都移動得要快。它也是其中一顆已知最不活躍的紅矮星,是天文學家搜尋系外行星一個十分理想的目標。
巴納德星的質量很低,大約為太陽質量的六分之一。而這顆名為巴納德星b(或 GJ 699 b)的候選行星,最低質量也有地球的3.2倍,可說是一個超級地球。這顆行星在俗稱的「雪線」附近,以233天的周期繞著低溫的巴納德星轉動,在沒有大氣層的情況下,很可能是一個溫度只有 -150 °C的冰凍星球, 其表面不大可能有液態水的存在。不過,它的其他特性使其成為下一代觀測儀器(如NASA的寬場紅外測量望遠鏡WFIRST)直接成像的絕佳目標,亦是歐洲航天局蓋亞太空任務(Gaia)的觀測對象之一。
自1997年起,天文學家結合觀測儀器得到的大量觀測數據,捕捉到這顆恆星細微的來回移動。這項技術利用星光的多普勒效應(Doppler effect)來測量恆星沿著視線方向的速度如何隨著時間變化。截至2015年,來自凱克望遠鏡(Keck telescope)的HIRES光譜儀(High Resolution Echelle Spectrometer)、歐洲南方天文台的HARPS光譜儀(The High Accuracy Radial velocity Planet Searcher)以及UVES光譜儀(Ultraviolet Visual Echelle Spectrograph )的觀測數據表明,恆星的這些微小擺動可能來自於一顆軌道周期約為230天的行星。
為了證實這一結果,天文學家們借助一系列高精度的光譜儀,例如卡拉阿托天文台的CARMENES光譜儀(Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earths with a Near-infrared Echelle Spectrograph),以及通過一項名為「紅點」(Red Dots)的國際合作使用 HARPS和HARPS-N,定期監測巴納德星。
「我們的觀測使用了七台不同的儀器,跨越了20年,是數據量最大、覆蓋時間最長的高精度視向速度研究之一。所有數據一共包含了771次測量。」Ignasi Ribas博士解釋說。
在重新分析所有測量結果後,一個周期為233天的信號再一次明確地出現。信號表明巴納德星以大約每秒1.2米的速度(接近人的步行速度),不斷的靠近又遠離我們。對此最好的解釋就是有一顆行星圍繞著它運行。
這行星是使用多普勒技術的觀測中,所發現距離主星最遠和最小的行星,意味著天文學家在尋找新類型行星方面做得越來越好 。下一代的觀測儀器在這種技術性能上,還會有進一步的提升。
作為德國科學基金會(DFG)的麥卡托研究員,李文愷博士是CARMENES聯盟的成員之一,在合作項目中主要負責對CARMENES光譜儀觀測到的行星系統進行動力學分析,當中包括在巴納德星周圍找到的這顆候選行星。
「開普勒太空望遠鏡(Kepler space telescope)的觀測非常成功,其結果從統計學上表明,大多數恆星都應該有自己的行星,現在天文學家已經發現距離太陽最近的兩個恆星系統都擁有行星 — 除了巴納德星周圍的新行星之外,2016年還發現了半人馬座阿爾法星系統中一顆類地行星候選者。今次的發現很重要,我感到十分欣慰。」李博士說。
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論文連結:
“A candidate super-Earth planet orbiting near the snow line of Barnard’s star”, Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0677-y
錄像連結: https://www.youtube.com/watch?v=7X46FxAfhaE
圖片下載: http://www.scifac.hku.hk/news/media?page=1
錄像和圖片說明:
錄像:巴納德星和新探測到的行星候選者,以及與太陽系的對比。所有恆星和行星的圖像均為藝術想像圖。 (錄像提供:IEEC / Science-Wave;片末有完整版權聲明。許可:創作共享(註明提供者))