科维理地理所东苏勃等使用LAMOST望远镜发现新的
来源:微软网 发表于2019-07-11 14:21:46 编辑:麦迪
摘要: 最近,北京大学科维理地理与天体物理研讨所的东苏勃研讨员和南京大学地理与空间学院的谢基伟副教授领导的科研团队使用中国科学院国家地理台郭守敬

最近,北京大学科维理地理与天体物理研讨所的东苏勃研讨员和南京大学地理与空间学院的谢基伟副教授领导的科研团队使用中国科学院国家地理台郭守敬望远镜(LAMOST)的观测数据,发现了一类新的太阳系外行星族群——热海星(Hoptunes)。相关研讨论文(LAMOST telescope reveals that Neptunian cousins of hot Jupiters are mostly single offspring of stars that are rich in heavy elements)于2019年1月9日在《美国科学院院刊》(PNAS)宣布, 并被选为当期杂志封面的研讨亮点文章之一。东苏勃研讨员和谢基伟副教授是该论文的一起榜首作者和一起通讯作者。研讨团队还包含南京大学周济林教授、犹他大学郑政教授以及中国科学院国家地理台罗阿理研讨员。

图1:热海星幻想图。该图暗示了新发现的“热海星”族群中的一员 (右下方),以及榜首个发现的系外行星族群“热木星”的一员(左下方)与布景里开普勒卫星发现的多姿多样的行星体系。(北京地理馆马劲编绘组成)

“富有”而“孤单”的热木星

自从1995年榜首颗系外行星飞马座51 b发现以来,对太阳系外行星(简称系外行星)的探究一直是世界上一个重要的热门前沿方向。飞马座51 b的发现是地理学史上的一个里程碑,拓荒了人类视界,提醒了一类十分特别的系外行星族群的存在。这类行星被称作热木星,它们巨细与太阳系中的木星适当,但表面温度很高,因为它们间隔宿主恒星十分近(不到地球与太阳间隔的十分之一,而木星距太阳是日地间隔的五倍多)。之后20多年来,人们发现了上百个热木星并对它们进行了很多的研讨,可是其构成和来源却仍然是一个谜。

在已发现的上千个系外行星中,热木星族群有些重要特征。首要,热木星是比较稀疏的,大约每100颗恒星周围才有一颗热木星。再者,热木星的宿主恒星大多数比太阳的金属丰度要高(即富含更高份额的重于氢和氦的化学元素)。别的,热木星比较“孤单”,它们的邻近一般很少发现其他的行星。用一句形象的话来归纳,热木星是一类稀有的、来自“殷实”家庭的“独生子女”。这些是热木星的标志性特征,蕴含着其构成和来源的重要头绪。

图2:坐落中国科学院国家地理台河北省兴隆观测站的郭守敬望远镜(即大天区面积多方针光纤光谱地理望远镜,简称LAMOST)

LAMOST星海弄潮

那么是否存在与热木星具有相似要害特征的其他行星族群呢?这个问题的答案无疑会为解开热木星来源之谜带来全新的头绪。

在曩昔几年,美国国家航空航天局(NASA)的开普勒(Kepler)卫星经过凌星法寻觅系外行星取得了巨大的成功,勘探到了几千颗系外行星,为处理热木星来源之谜带来了要害。研讨这个问题的要害一步是确认这些行星体系的根本性质,如行星的半径和宿主恒星的金属丰度等,而这些特点的测定则需求对恒星进行光谱观测。因为开普勒卫星搜索的方针多达20万颗恒星,需求光谱获取率极高的观测,绝大多数望远镜难以担任,只能无可奈何。

我国的郭守敬望远镜(LAMOST)选用共同的立异规划,能在大视场中一起观测数千个天体的光谱,是世界上光谱获取才能最高的望远镜(图2)。这使得LAMOST望远镜在系外行星科学的研讨中别出心裁。近几年来,LAMOST在开普勒天区观测了数万颗恒星(其间包含上千颗行星的宿主恒星),得到了它们的光谱。经过与其他高精度办法(如星震学和高分辨率光谱)的比较证明,研讨团队发现LAMOST光谱对恒星根本特点的丈量成果十分牢靠,到达适当高的精度。高精度的LAMOST恒星数据能够带来对包含行星半径等要害特点的高精度丈量, 使得对成百上千的系外行星进行准确分类和体系研讨成为可能。

图3: 热海星的发现。不同金属丰度([Fe/H])下的行星轨迹周期(Period)和行星半径(RP)的散布。从下至上,金属丰度添加。蓝色的点表明单凌星体系(体系中只发现这颗行星),赤色的是多凌星体系。热木星的区域是在绿色横线的上端。粉色线段围成的便是热海星区域。LAMOST观测供给准确的宿主恒星半径和金属丰度。恒星半径然后用于确认行星的半径(开普勒卫星测光观测只能给出行星和恒星的半径比)。

行星宗族新成员热海星——热木星的表弟表妹

使用LAMOST的准确恒星参数,研讨团队研讨了不同金属丰度情况下行星的轨迹周期和行星半径的散布(图3)。他们发现,在金属丰度低的情况下([Fe/H] -0.1),简直一切的行星都散布在半径-周期图中的右下区域。跟着金属丰度的添加,其他区域逐步呈现行星;在这些新呈现的行星中就有来自“殷实”家庭的“独生子女”——热木星(如图3中绿线以上区域,即行星半径大于10倍地球半径)。除此之外,他们还惊讶地发现跟着金属丰度的升高,在图3粉色框中也呈现了些其他的行星。这些行星简直和热木星“相伴”呈现,并且与热木星相同也大多为“孤单”的单凌星体系。研讨团队称这类新的行星族为热海星(Hoptune)。热海星的均匀巨细与海王星相似,约4倍地球半径,但其巨细的散布却比较广泛,小至2倍地球半径,大到6倍地球半径。它们的物理结构是否都与太阳系的海王星相同尚不清晰,故不称之为热海王星(hot Neptune)。

经过剖析LAMOST望远镜的数据,研讨团队总算给“身世富有”和“孤单”的热木星找到了和它们相同“富有”和“孤单”的表弟表妹——热海星。与热木星相似,也只要大约1%的恒星邻近存在热海星。将来经过对含热海星的恒星体系进行高精度视向速度观测,咱们能够丈量热海星的质量,然后进一步研讨它们的结构和组成 。

20年来,人们对热木星的构成和演化机制提出了多种理论,可是热木星的来源仍未有结论。研讨团队根据LAMOST望远镜数据新发现的行星族群热海星与热木星有着几个相同的标志特征,这为揭开热木星和其他短周期行星来源这个严重谜题供给了要害的新头绪和簇新的研讨方向。

该作业得到国家自然科学基金、中科院LAMOST出色学者、以及全国优异博士论文专项基金等的赞助。

相关链接:

PNAS杂志的研讨亮点(Highlights)报导:http://www.pnas.org/site/highlights/highlights.xhtml#planets

修改:白杨

 

科维理地理所东苏勃等使用LAMOST望远镜发现新的系外行星族群

 

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