夏威夷昴星团望远镜的OASIS项目在《天文报》杂志发表最新成果,宣布发现两颗罕见的伴星天体:一颗质量为木星十八倍的巨行星和一颗质量为木星六十倍的褐矮星。这些发现不仅展示了太空测量数据与地面直接成像相结合的强大能力,更重要的是为NASA即将发射的罗马太空望远镜提供了关键测试目标,这将推动未来寻找类地行星的技术验证。
OASIS项目的全称是"利用SCExAO成像巡天观测加速器",其核心策略在于整合欧洲航天局依巴谷和盖亚任务的精密天体测量数据。这两个太空任务对数百万颗恒星的位置和运动进行了极高精度的测量。当恒星在天空中的运动轨迹出现微小的摆动时,这通常暗示存在一个未被直接观测到的伴星天体,其引力影响着恒星的运动。
识别出这些候选恒星后,OASIS项目利用昴星团望远镜配备的日冕仪极致自适应光学系统SCExAO进行后续观测。这套系统能够实时校正地球大气湍流造成的图像模糊,并使用日冕仪技术遮挡明亮的恒星光芒,从而揭示其周围暗淡的伴星天体。
巨行星与褐矮星的双重发现
昴星团望远镜是一架位于夏威夷莫纳克亚山的8.2米光学-红外望远镜，专为高分辨率和广域天文观测而设计。其先进的仪器，例如自适应光学系统和强大的成像相机，能够对行星、恒星、星系以及宇宙的大尺度结构进行详细研究。图片来源：日本国立天文台藤原秀明
新发现的行星HIP 54515 b位于狮子座,距离地球二百七十一光年。其质量约为木星的十八倍,轨道半径大致相当于海王星到太阳的距离,约为三十个天文单位。这颗行星属于超级木星类别,其质量接近行星与褐矮星之间的模糊边界。国际天文学联合会通常将质量上限设定为木星质量的十三倍作为行星的定义,但这一界限仍存在争议,取决于天体的形成机制而非仅仅质量。
从地球观察者的角度看,这颗行星与其宿主恒星之间的角距离极小,相当于在一百公里外观察一颗棒球的大小。这种极端接近性对观测技术提出了苛刻要求。SCExAO系统拍摄的图像显示,在遮挡恒星光芒后,行星清晰可见,证明了该系统的卓越性能。
第二颗新发现的天体HIP 71618 B是一颗位于牧夫座的褐矮星,距离地球一百六十九光年,质量约为木星的六十倍。褐矮星被称为"失败的恒星",因为它们的质量介于行星和恒星之间,无法维持氢核聚变,但质量足够大,可以在形成早期进行氘核聚变。中国科学院国家天文台的资料显示,褐矮星的质量范围大致在木星质量的十三倍到八十倍之间。
褐矮星的研究对理解恒星形成机制至关重要。它们是通过类似恒星的引力坍缩过程形成,还是通过行星式的核心吸积过程,这一问题仍在争论中。HIP 71618 B的轨道和物理特性将为这一争论提供重要数据。
这张由昴星团望远镜拍摄的图像促成了HIP 54515 b（箭头所示）的发现。图像中，这颗行星的宿主恒星已被遮挡。恒星的位置由星号标记指示。虚线显示了用于遮挡恒星的遮罩轮廓。图片来源：T. Currie/昴星团望远镜，UTSA
为罗马望远镜铺路
HIP 71618 B的发现具有特殊意义,因为它满足NASA罗马太空望远镜日冕仪技术演示的所有严格要求。罗马望远镜计划在二零二七年发射,其主要科学目标之一是直接拍摄其他恒星周围的类地行星。这些行星的亮度比宿主恒星暗一百亿倍,需要极其先进的日冕仪技术才能观测到。
在技术验证阶段,罗马望远镜需要观测一些已知的暗淡伴星来测试其日冕仪系统的性能。理想的测试目标必须满足多个条件:宿主恒星要足够明亮以便精确跟踪,伴星要位于合适的角距离,且在日冕仪工作波长范围内相对于恒星的亮度要足够低。在HIP 71618 B被发现之前,天文学家一直没有找到一个完全符合所有要求的确认目标。
NASA戈达德太空飞行中心的科学家表示,这颗褐矮星的发现填补了关键空白,使罗马望远镜的技术演示计划得以完整实施。如果技术验证成功,未来的太空望远镜将能够直接拍摄系外类地行星,并分析其大气成分,寻找生命迹象。
协同观测的未来
OASIS项目的成功展示了太空测量与地面成像协同观测的巨大潜力。目前已知只有约百分之一的恒星拥有可直接成像的大质量行星或褐矮星。这些天体即使在年轻的行星系统中仍因形成时的余热而发光,亮度相对较高,但它们仍然比宿主恒星暗淡得多,容易被恒星光芒掩盖。
盖亚任务提供的天体测量数据正在改变系外行星探测的格局。盖亚望远镜自二零一三年发射以来,已经对超过十八亿颗恒星进行了精密测量,其天体测量精度达到微角秒级别。这种精度使得科学家能够探测到木星质量级别的行星对恒星运动的微弱引力影响。
昴星团望远镜是日本国立天文台运营的八点二米光学红外望远镜,位于夏威夷莫纳克亚山海拔四千多米的山顶。其SCExAO系统代表了自适应光学技术的前沿水平,能够在近红外波段实现接近衍射极限的成像质量。这些技术进步使昴星团望远镜能够在系外行星直接成像领域保持世界领先地位。
未来几年,随着更多太空测量数据的积累和地面望远镜技术的进步,类似OASIS的协同观测项目预计将发现更多隐藏的行星和褐矮星。欧洲航天局计划在二零三零年代发射的盖亚后续任务,以及地面上正在建设的三十米级极大望远镜,将进一步推动这一领域的发展,帮助天文学家更全面地理解行星系统的多样性和形成演化机制。
