隐形光芒
在宇宙中寻找行星非常困难。尽管地球天空中的两颗行星明天会对齐以形成地球上最亮的物体之一,但我还是这么说 数百年。 但是,虽然明亮的木星和土星总是肉眼可见,但直到 1846 年才直接观察到海王星,尽管它位于我们自己的太阳系中。我们没有开始发现行星外部太阳系直到海王星之后 150 年。像海王星一样,我们通过可见光找到它们(虽然是间接的)。然而,一个国际研究团队可能刚刚通过行星极光产生的无线电辐射首次探测到系外行星。
气态巨行星“热木星”Tau Boötis Ab 的模拟,它绕母星运行的距离是水星绕太阳公转距离的七分之一。它的大气层和它的恒星的日冕可能会相互接触。 – 作者的 c SpaceEngine Pro
由康奈尔大学博士后研究员 Jake D. Turner、巴黎天文台的 Philippe Zakara 和奥尔良大学的 Jean-Mathias Greissmeier 领导的团队即将发表一篇文章 天文学与天体物理学 基于理论检测 外极光。 使用位于荷兰的 LOFAR(低频阵列)低频段天线,从三个太阳系捕获无线电发射数据:55 Cancri、Upsilon Andromedae 和 Tau Boötis。这些系统中的每一个都包含已知的系外行星。研究不是为了发现新的系外行星,但通过寻找无线电信号来测试是否可以检测到这些系统中的已知行星。行星发出的无线电信号是由它们的磁场与其母恒星辐射的等离子体或“太阳风”之间的相互作用产生的。当一颗恒星的等离子体被行星周围的磁泡缠住时—— 磁层 – 可见极光的产生就像我们在自己的星球上看到的北极光/南极光一样。极光还会产生在太空中传播数光年的无线电辐射。
LOFAR 天文台是由 20,000 个单独的无线电天线组成的阵列,这些天线集中在整个阵列内的 48 个独立集群中。 c LOFAR / ASTRON CC by 3.0
久经考验
目前,我们只有少数几种方法可以探测到我们自己太阳系之外的遥远世界。最成功的两种方法是多普勒光谱法(或径向速度法)和传输法。您熟悉声波中的多普勒效应。路过的救护车警报器在接近时声音较高,而在远离时声音较低。光波也会经历多普勒效应。当一个物体接近我们时,它的光会转移到可见光谱中更蓝的部分。当一个物体远离我们时,它的光会转移到光谱中更红的部分。带有行星的恒星会同时显示出蓝色和红色偏移的光,因为它们在被绕轨道运行的行星的引力牵引时实际上是来回摆动的。摆动被测量为恒星的“径向速度”或其在摆动过程中朝向或远离我们的速度。
径向速度或多普勒光谱的可视化
系外行星检测方法 c – NASA
第二种是行星狩猎任务使用的传输方法,例如 苔丝和开普勒 .这些任务看到了遥远系外行星的轮廓。当这些行星围绕它们的宿主恒星运行时,它们从我们的角度阻挡了一部分恒星的光,在空间中投射出可测量的阴影——一种凌日。凌日告诉我们这颗行星的大小、与其母星的距离以及它一年的持续时间。使用这两种方法, 已发现数千颗系外行星 .
凌日系外行星检测方法的可视化——c NASA
嘈杂的热木星
无线电发射探测增加了一种新的系外行星狩猎方法。在观察到的三个太阳系中,恒星系统 Tau Boötis 展示了一个有希望的结果,该团队认为这可能是来自行星的无线电发射。 Tau Boötis 位于距离地球 51 光年的 Boötes 星座。该系统包含一个 F级明星 (Tau Boötis A) 比我们的太阳大 50% 左右,亮度是太阳的 3 倍。这颗恒星有一个 M 级红矮星伴星(Tau Boötis B),它的轨道距离为 220 AU;是海王星绕太阳公转距离的 7 倍多。主 F 星有一颗已知的气体巨行星,名为 Tau Boötis Ab。 Tau Boötis Ab 实际上是 1996 年使用多普勒光谱检测到的最早发现的系外行星之一。
我们也在离家更近的天然气巨头上看到了极光。这些来自钱德拉 X 射线天文台和哈勃太空望远镜的合成图像显示了木星的高能 X 射线极光。极光是由 2011 年到达地球的太阳日冕物质抛射引发的。 图片:X 射线:NASA/CXC/UCL/W.Dunn 等,光学:NASA/STScI
有强有力的证据表明,来自 Tau Boötis 系统的无线电信号是从行星本身发出的。 Tau Boötis Ab 是一个“热木星”气态巨行星七分之一水星绕太阳公转的距离。它的一年只有3天。靠近恒星使 Tau Boötis Ab 成为无线电发射观测的理想候选者。与恒星等离子体如此紧密地纠缠在一起,这颗行星的磁场变得增压,产生无线电辐射百万次更强的木星。
行星无线电发射的功率可能比恒星的发射功率更大,这将两者区分开来。检测到的信号也显示出一定程度的 极化 预计来自极光行星无线电发射,这也不同于其他天文物体。然而,恒星耀斑和爆发有时会被极化,这意味着射电源可能来自矮伴星 Tau Boötis B,因为 M 矮星以剧烈的太阳耀斑而闻名。正如该团队所指出的:“需要进行后续观察来确认这种微弱信号的存在,并随后验证其来源。”
来自 Tau Boötis 的观测之一的无线电信号强度。比较显示了指向星系统的“ON”光束和指向远离系统的“OFF”光束之间的检测,用于比较和对比潜在信号与背景噪声。
C 特纳、扎卡拉、格雷斯迈尔等人 2020
宜居磁层
如果信号确实来自 Tau Boötis Ab,我们可能会看到一个全新的系外行星探测时代。 Tau Boötis Ab 开创了这个新时代。热木星是多普勒光谱发现的首批行星之一,因为它们的质量和靠近恒星的轨道使得这些母星的“摆动”更加明显。我也对这个星球有着个人的亲和力。我开始我的科学外展生涯的天文台—— 特罗蒂埃天文台 在西蒙弗雷泽大学—— 重复多普勒测量 通过 Howard Trottier 博士的观察,揭示了 Tau Boötis A 中热木星的存在。
SFU Trottier 天文台对恒星 Tau Boötis A 的径向速度测量。这些测量结果显示了当热木星 Tau Boötis Ab 围绕恒星运行时恒星的推/拉摆动。 C。 SFU Trottier天文台 - 观察 霍华德·特洛蒂尔博士
几十年前曾经是专业天文台的领域,现在可以通过像 SFU 那样的世界范围内的望远镜更广泛地再现。也许再过几十年,较小的中心也将体验到同样的基于 LOFAR 的技术,我们在公共外展天文台甚至在家中聆听遥远世界的极光。除了新的探测工具之外,这一发现还意味着我们有办法确定遥远世界磁层的强度——与宜居性相关。地球的大气层受到我们磁场的保护,磁场可以防止太阳风将我们的大气层带入太空——实际上是被太阳吹走了——就像发生在 火星曾经更密集的大气层。
与此同时,虽然我们正在磨练在宇宙中寻找行星的新方法,但一定要尝试在 12 月 21 日在我们自己的太阳系中捕捉木星/土星的合相英石.今日宇宙正在举办一场虚拟之星派对,(希望)从地球上的某个地方传输清晰的视野,然后我们可以根据太平洋西北地区的天气来替代体验。您可以使用以下链接连接到 Virtual Star 派对。 (开始时间仍在最后确定。检查流链接以获取更新)。
作者的编辑:上面澄清了 SFU Trottier 天文台对 Tau Boötis A 的测量是由 Howard Trottier 博士进行的。
更多探索:
康奈尔大学博士后探测到可能的系外行星无线电发射 |康奈尔纪事报
使用 LOFAR 波束成形观测搜索来自系外行星系统 55 Cancri、upsilon Andromedae 和 tau Boötis 的无线电发射 (aanda.org)
https://carlsaganinstitute.cornell.edu/
LOFAR - ASTRON – 用于发现的天文台
[1210.1864] 超冷矮星电子回旋脉泽诱导无线电发射的起源:磁层-电离层耦合电流(arxiv.org) (免费获取文章)
探测系外行星?西蒙弗雷泽的 Boötis b
大学 Trottier 教学和外展观察站
APOD:2020 年 11 月 7 日——赫拉克勒斯星系团 (nasa.gov) (图片来自 Howard Trottier 博士)
Trottier天文台能够看到太阳系外的行星|山顶(the-peak.ca)
杰克·麦登艺术 (artstation.com) – 特色形象艺术家