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系外行星也有陌生双胞胎?

2018-08-25 13:43:43   作者:台北市立天文科学教育馆   来源:有趣天文奇观   分享:扫描到手机

系外行星也有陌生双胞胎?,双子座天文台(Gemini Observatory)天文学家Trent Dupuy和夏威夷大学Michael Liu等人最近拍摄一颗新发现的系外行星2MASS J0249-0557 c(简称2MASS 0249 c)的红外光谱时,发现和绘架座βb( Beta Pictoris b或β Pic b)这颗发现已久的气体巨行星的红外光谱几乎一模一样,让天文学家兴起它们是否为陌生双胞胎的争议,而答案的是与否,和它们的起源有关。

 前几年网络与媒体相当时兴的一个话题是寻找长相非常类似,但其实没有血缘关系的「陌生双胞胎」,甚至有人为此特意设立网站,引起广大回响。目前已知的系外行星数量达数千颗之多。双子座天文台(Gemini Observatory)天文学家Trent Dupuy和夏威夷大学Michael Liu等人最近拍摄一颗新发现的系外行星2MASS J0249-0557 c(简称2MASS 0249 c)的红外光谱时,发现和绘架座βb( Beta Pictoris b或β Pic b)这颗发现已久的气体巨行星的红外光谱几乎一模一样,让天文学家兴起它们是否为陌生双胞胎的争议,而答案的是与否,和它们的起源有关。

双子座天文台(Gemini Observatory)天文学家Trent Dupuy和夏威夷大学Michael Liu等人最近拍摄一颗新发现的系外行星2MASS J0249-0557 c(简称2MASS 0249 c)的红外光谱时,发现和绘架座βb( Beta Pictoris b或β Pic b)这颗发现已久的气体巨行星的红外光谱几乎一模一样,让天文学家兴起它们是否为陌生双胞胎的争议,而答案的是与否,和它们的起源有关。
恒星通常是一群一起从气体尘埃密集的云团中诞生。这群恒星相当分歧,从质量小到无法经核融合反应自行产生能量的棕矮星,到会以超新星爆炸方式结束一生的大质恒星都有。而行星,就在这些新诞生的恒星旁逐渐形成。一旦诞生这些恒星的云气苗圃耗尽气体,恒星和它们的行星逐渐飘离诞生地而分散,自由地在银河系里漂流。因此,天文学家们相信,有些看似相隔很远的行星,其实是从同一块恒星苗圃中诞生的手足。
 
到目前为止,直接拍摄(direct imaging)而发现的系外行星基本上都是各自独立的,彼此间的模样和年龄等都有明显差异。然而,发现模样几乎一样但形成过程迥异的系外行星,让天文学家开启一道能深入了解这些天体的新途。
 
绘架βb由A.-M. Lagrange等人透过超大望远镜(Very Large Telescope)发现于2008年11月18日,距离地球约63光年,质量约13倍木星质量,离母恒星约9AU,是第一批利用直接拍摄而发现的系外行星之一。而Dupuy等人透过加法夏望远镜(Canada-France-Hawaii Telescope,CFHT)新发现的系外行星2MASS 0249 c,其质量、亮度和光谱几乎和绘架βb相同。Dupuy等人认为:这两颗系外行星应该不是只有浮于表面的相似,而是真的来自同一块恒星苗圃,「恒星基因」是相同的。 
虽然是基因上的手足,但它们目前所处的环境却截然不同。它们的母星差异颇大。绘架β的亮度比太阳亮10倍左右,2MASS 0249却是个比太阳暗2000倍左右的棕矮星。再者,绘架βb很接近它的母星,只有9AU左右,相当于太阳到土星的距离;但2MASS 0249 c离母星却远达2000AU。距离相差如此之大,显示行星的哺育环境的确不全然相同。传统理论认为气体巨行星形成时,先有小型的岩质核心,而后恒星周围原行星盘中的气体逐渐累积在此核心表面,最后成长为一颗气体巨行星,绘架βb的成长过程应是如此。但相对地,2MASS 0249 c的母星周围似乎没有足以制造出一颗气体巨行星的资源,所以2MASS 0249 c应该是在其母恒星诞生的恒星苗圃中就已经形成。
 
由此可知,大自然有很多种方式可以让行星看起来非常近似。绘架βb的诞生途径可能如同现今大多数气体巨行星般,在恒星周围原行星盘中从小尘粒开始累积而成;相对地,2MASS 0249 c则比较近似体重不足的棕矮星,是从气体云团收缩聚集而成。它们俩现在都被归属为行星,但2MASS 0249 c的出现让天文学家意识到这样的分类或许太过笼统,没办法反应出真实的状况。
 
Dupuy等人根据CFHT观测资料,除确认2MASS 0249 c离它母星远达2000AU之外,还确定2MASS 0249属于成员已经四散的绘架β移动星群(beta Pictoris moving group);绘架β在这个星群中并不是最显著的恒星,但它拥有最著名的行星之一,因而以之为名。该团队后来利用凯克天文台(WM Keck Observatory)测量2MASS 0249母恒星,发现2MASS 0249是棕矮星,而且它还有另一颗棕矮星伴星,换言之,这个系统是由2颗棕矮星和1颗气体巨行星所组成。后续以在夏威夷的NASA红外望远镜装置(NASA Infrared Telescope Facility)和在美国的阿帕契天文台(Apache Point Observatory)天文物理研究联盟(Astrophysical Research Consortium)3.5米望远镜观察2MASS 0249 c的光谱,证明这颗系外行星与绘架βb非常近似。
 
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