天文学家发现彗星在800光年外的恒星上运行

【博科园-科学科普】在过去的30年里,我们在太阳系外发现了数千颗太阳系外的行星。在大多数情况下被开普勒太空望远镜探测到,使用了一种叫做“传输光度法”的技术。对于这种方法,天文学家们测量恒星的亮度周期性的下降——这是行星在相对于观察者的情况下经过的结果来证实行星的存在。

从外彗星系统KIC 3542116的印象图,图片版权:Danielle Futselaar

多亏了由专业和业余天文学家组成的团队进行的一项新的研究,最近发现的比行星更小的行星绕着一颗遥远的恒星运行。根据研究小组发表的一项新研究,在KIC 3542116轨道上观察到六颗外彗星,这是一种光谱类型的F2V恒星,距离地球800光年。这些彗星是迄今为止探测到轨道光度法的最小的物体。

这项研究的详细内容,标题为“可能是开普勒探测到的外彗星”,最近发表在皇家天文学会的月报上。由麻省理工学院Kavli天体物理与空间研究所的Saul Rappaport领导,该团队还由业余天文学家、哈佛-史密森天体物理中心(CfA)、德克萨斯大学、东北大学和NASA的艾姆斯研究中心组成。

塔比星周围环绕着一群尘埃的彗星碎片的印象图,图片:NASA/JPL-Caltech

这是第一次使用传输光度法探测小到彗星的物体。这些彗星是由冰和尘埃组成的球体,大小相当于哈雷彗星,在它们蒸发之前的速度约为160934公里/小时(10万英里/小时)。研究人员通过捡起慧尾来探测它们,当彗星接近它们的恒星并开始升华时,尘埃和气体的云团就形成了。

这并不是一件容易的事,因为尾巴只占了恒星光的十分之一。令人惊讶的是,有几个数量级小于地球的数量级,仅仅因为它发出了大量的碎片,就能被探测到。”能看到这么小的东西真是太令人印象深刻了。

最初的发现归功于托马斯·雅各布斯(Thomas Jacobs),他是一名业余天文学家,住在华盛顿的贝尔维尤(Bellevue),是一名追星人。这个公民科学家项目最初是由耶鲁大学建立的,由业余天文学家组成,他们致力于寻找系外行星。成员们可以获得开普勒太空望远镜的数据,希望他们能注意到计算机算法可能会遗漏的东西。

美国宇航局的开普勒太空望远镜是第一个能够探测到地球大小的行星的机构,图片版权:NASA/Wendy Stenzel

今年1月开始扫描开普勒主要任务期间获得的4年数据。在从2009年到2013年的这一阶段,开普勒扫描了20多万颗恒星,并对其光曲线进行了测量。在经过5个月的数据筛选后(3月18日),注意到在KIC 3542116的背景噪音中有几个奇怪的光线模式。

寻找对开普勒数据感兴趣的物体需要耐心、毅力和毅力。对我来说,这是一种寻宝的形式,知道有一件有趣的事情等着被发现。这一切都是关于探索和寻找很少有人去过的地方。

具体地说,雅各布斯正在寻找单个过渡的迹象,这与围绕恒星运行的行星(即周期)所引起的信号不一样。在观察KIC 3542116时,他注意到三次单次过渡,然后向Rappaport和Andrew Vanderburg发出警报,作为德克萨斯大学的天体物理学家和CfA的成员。雅各布斯过去曾与两人共事过,希望他们对这些发现有自己的看法。

正如融洽关系所回忆的那样,解读数据的过程是具有挑战性的,但却是有益的。起初注意到光曲线与行星凌日现象并不相似,它们的特征是光线突然急剧下降,随后急剧上升。随着时间的推移,融洽关系注意到这三个光曲线的不对称性就像他们以前观察过的那些被分解的行星。

Epsilon Eridani系统的印象图,显示了Epsilon Eridani b(一颗木星质量的行星)和一系列小行星带和彗星。图片版:NASA/SOFIA/Lynette Cook.

根据计算,研究小组得出的结论是,每颗彗星约占了恒星光的十分之一,而彗星可能完全解体,形成了一个足以挡住光的尘埃轨迹,在它消失之前的几个月。在进行了额外的观察之后,他们还注意到在同一时间段内,有三种情况类似于雅各布斯所注意到的。

在过去的四年里,这六颗彗星似乎与他们的恒星非常接近,这一事实提出了一些有趣的问题,并回答这些问题可能会对太阳系外的研究产生重大影响。它还可以增进我们对太阳系的了解。

为什么在太阳系的内部有这么多彗星?在这些系统中,这是一个极端的撞击时代吗?这是我们太阳系形成过程中非常重要的一部分,并可能给地球带来了水。也许学习exocomets和找出为什么他们这种类型的恒星周围发现…可以给我们一些洞察如何撞击发生在其他太阳系统。

这个构想图说明了彗星围绕在我们附近的恒星周围的风暴。图片:NASA/JPL-Caltech

在4.1到38亿年前,太阳系还经历了一段时间的密集彗星活动,被称为晚期“重轰炸”。在这段时间里小行星和彗星会定期对太阳系内部的天体产生影响。有趣的是,这一时期的重轰炸被认为是导致水向地球和其他类地行星分布的原因。

如前所述,KIC 3542116属于光谱型F2V,它是一颗黄白色的恒星,通常是太阳的1到1.4倍,非常明亮。由于它的大小和质量与我们的太阳相当,所以有可能它所经历的轰炸期与太阳系的经历类似。因此观察它就可以告诉我们,数十亿年前,类似的活动是如何影响太阳系的演化的。

除了这项研究对天体物理学和天文学的研究意义之外,它还展示了公民科学家今天所扮演的重要角色。如果不是因为雅各布斯(Jacobs)所做的不知疲倦的工作,他在白天的工作和周末之间通过开普勒(Kepler)数据进行筛选,这一发现是不可能的。

Rappaport说:这些人在开普勒数据中发现的10种类型的东西,这些数据是算法找不到的,因为人类眼睛的模式识别能力。现在可以编写一种计算机算法来找到这种彗星形状。但他们在早期的搜索中被遗漏了。它们足够深,但没有合适的形状,任何算法都不会发现这一点。

知识:科学无国界,博科园-科学科普

参考:MIT, MNRAS

作者:Matt Williams

来自:Universe Today

编译:中子星

审校:博科园