科学家发现一颗土星质量的流浪行星

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被踢出家园的行星:揭秘宇宙中的流浪者

  

  天文学家利用微引力透镜技术,结合地面与空间望远镜数据,成功识别并测量出一颗质量与土星相当的流浪行星。该研究表明,这类行星并非在孤立中诞生,而是由于引力相互作用被原行星系统抛射而出的。

  当天空中一颗前景天体恰好经过我们与遥远恒星之间时,引力会像透镜一样弯曲光线,让背景恒星的亮度短暂变化。这就是引力微透镜效应。多年来,天文学家通过这种方法发现了一批不围绕任何恒星运行的流浪行星,但有一个始终难解的问题,它们的质量和距离纠缠在一起,很难单独测出来。

  Dong等人报告了一次极为关键的微透镜事件。它的编号是KMT-2024-BLG-0792,同时也被OGLE项目记录为OGLE-2024-BLG-0516。这次事件的致透镜天体是一颗行星质量级别的物体,附近并没有恒星。研究团队同时使用了地面望远镜和太空中的观测数据,成功打破了质量与距离之间的模糊关系,直接测出了这颗天体的质量,结果显示它和土星相近。

  研究人员进一步分析认为,这颗流浪行星并不是像褐矮星那样独立形成的。更合理的解释是,它最初诞生在一个行星盘中,后来在多行星系统的引力混战中被甩了出来,最终成为在银河系中漂流的孤独行星。

  这次事件最早在2024年5月3日02:33协调世界时由KMTNet预警系统发现。KMTNet由三台1.6米望远镜组成,分别位于智利、南非和澳大利亚。该事件位于两个观测视场的重叠区域,使得观测频率相对较高。几小时后,研究人员在例行检查中判断它很可能是一次流浪行星事件。同一天14:30,位于智利拉斯坎帕纳斯天文台的OGLE项目也独立发出了预警,并迅速提高了观测频率。

  地面观测数据随后被重新处理,剔除了视宁度较差的图像。由于其中一台望远镜的数据质量明显偏低,且时间覆盖与OGLE重复,研究人员最终只保留了质量更高的数据。OGLE星表显示,在目标恒星附近约0.6角秒处还有一颗更暗的恒星,但差分成像表明,被放大的光源正是目标位置本身。

  为了进一步了解这颗天体,团队在事件接近峰值时,使用6.5米的麦哲伦克莱望远镜获取了高分辨率光谱。光谱分辨率约为55000,信噪比在6000埃附近约为15,在7500埃附近提高到40。这些数据为判断背景恒星性质和后续建模提供了重要基础。

  研究还使用了盖亚卫星的多时段光度数据。盖亚在2015年至2024年间多次观测了该区域,但由于早期仪器受到水冰污染,2015年的数据被排除在分析之外。研究人员注意到,盖亚数据的亮度散布明显大于地面观测,原因是盖亚无法分辨与目标非常接近的那颗暗星,其光通量会随扫描角度变化而混入测量中。

  为了解决这个问题,团队重新分析了盖亚光度数据,引入了扫描方向和视场位置相关的经验修正模型,并剔除了异常点。修正后的光变曲线与地面观测结果达成了一致。

  在联合建模中,一个关键步骤是对齐盖亚和OGLE观测到的光源亮度。这需要精确的颜色信息。研究人员利用事件周围恒星的数据,构建了颜色星等图,并建立了OGLE与盖亚之间的颜色颜色关系。通过筛选亮度更高、类型更一致的恒星样本,他们得到了更紧致的经验关系,用于将不同观测系统的数据放在同一标尺上。

  最终,地面和空间观测的结合,使得这次微透镜事件的视差被可靠测出,从而直接确定了致透镜天体的质量。结果显示,这是一颗质量接近土星的行星级天体,它要么完全不受恒星束缚,要么处在极其宽广的轨道上。

  将这一结果与其他微透镜事件的统计特性,以及行星形成模拟进行比较后,研究人员认为,这颗流浪行星更像是一颗被驱逐的行星,而不是失败的恒星。它的存在提醒我们,行星系统的形成和演化远比教科书上的示意图更混乱,也更富戏剧性。

  本文译自 Science,由 BALI 编辑发布。

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