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科学家提出寻找系外行星的新方法:检测其磁层信号

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截至目前为止(2022/8/17),科学家发现了5,069颗系外行星,并有8,833颗正等待确认。 科学家寻找系外行星的方法,主要包含凌日法(Transits)、径向速度法(Radial Velocity)、直接影像法(Direct Imaging)、微重力透镜法(Gravitational Microlensing)及天体测量法(Astrometry)等。 大多数的系外行星都是通过凌日法找到的,目前共有3,850颗,约占总数量的76.5%。

科学家提出寻找系外行星的新方法:检测其磁层信号

见图说图说:每年累计侦测系外行星统计表。 图片来源:NASA Exoplanet Archive

凌日法是利用光学望远镜经过长时间观测恒星亮度,若恒星亮度随时间发生周期性的减弱下降,则表示可能有行星从其前方经过,遮蔽母恒星部分光源。 不管是凌日系外行星巡天卫星(TESS)或已除役的克卜勒太空望远镜,都是凌日法的强大观测工具,但是本方法也有局限性。 其中最大的一项限制是,受观测的系外行星必须经过望远镜与其母恒星之间,才有机会被观测到。 凌日法主要依赖光学望远镜,目前科学家提出一种新的寻找系外行星方法,主要透过电波望远镜探测系外行星。

在无线电波长下观测系外行星并不容易,大多数行星不会发出无线电波,但是恒星会。 由于恒星闪焰(stellar flares)等因素,来自于恒星的无线电波光源也可能有很大的变化。 但是像木星这类的大型气体行星,也可能有强烈的无线电波源,这些无线电波源不是来自于行星本身的发光,而是由于其强大的磁场导致,主要是因为来自恒星风的带电粒子与磁场相互作用,因而产生无线电波源。 木星的无线电波源是非常强的,甚至可以利用自制的电波望远镜来观测,天文学家已经观测了几颗棕矮星的无线电波信号。

科学家提出寻找系外行星的新方法:检测其磁层信号

见图说图说:系外行星磁场示意图。 图片来源: Jack Madden/Cornell University

科学家提出寻找系外行星的新方法:检测其磁层信号

见图说图说:甚大天线阵列(VLA)观测木星的无线电波影像。 图片来源: Imke de Pater, Michael H. Wong (UC Berkeley), Robert J. Sault (Univ. Melbourne)

但目前还没有清楚的观测到来自系外类木行星围绕其母恒星运行的无线电波信号。 在这项新研究中,天文学家研究了这些信号可能出现的样子,这个模型建构在磁流体力学(magnetohydrodynamics,MHD)的理论上,它描述了磁场和电离气体如何交互作用,并将本模型应用于HD 189733行星系统中,该系统已知有一颗木星大小的行星,研究团队模拟了其母恒星的恒星风如何与其行星的磁场相互作用, 并计算出该行星的无线电波信号。

科学家提出寻找系外行星的新方法:检测其磁层信号

见图说图说:新模型产生的合成无线电波图像样本。 图片来源: Soumitra Hazra, et al

本研究发现了两种现象。 第一,研究团队发表了这颗系外行星产生的清晰光变曲线,这是由于系外行星运动,所产生的无线电波变化的信号。 这个运动的无线电波观测是非常精确的,甚至比光学的都卜勒效应观测更精确。 第二,研究团队发现,无线电波观测亦可以观测到系外行星环绕母恒星的凌日现象,在无线电波信号中会有特定的特征,显示系外行星的磁层是如何从母恒星前面经过,这表示天文学家可以更精确的观测到系外行星磁层的强度和大小。

这两种信号非常微弱,因此需要新一代的电波望远镜协助,才能有更好的观测结果。 如果观测到系外行星无线电波信号,这些信号将为天文学家提供系统中至少有一颗行星轨道的精确资料,并可以协助天文学家了解系外行星的组成与内部状况。 本研究发表于arXiv网站。 (编辑 / 林琦峯)

资料来源:universetoday

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

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102 条回复 A文章作者 M管理员
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    我要把人生变成科学的梦;然后再把梦变成现实。

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