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開普勒團隊發布最終版系外行星目錄

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開普勒團隊發布最終版系外行星目錄

6月19日,與開普勒望遠鏡頭三年半搜集的所有數據一起,天文學家發布了第八代也是最後一代任務目錄。其中包含著219個新的候選行星,裡面10個有著與地球相近的大小,並且恰好在宜居帶內。這個目錄將幫助天文學家回答整個望遠鏡項目中的一個核心問題:有多少像地球一樣的行星正在圍繞著像太陽一樣的恆星運轉?

研究者們發現在行星大小的分布中有一個間斷,這就意味著目前為止開普勒望遠鏡所發現的行星能按照大小被歸為兩類:岩態的地球大小的(類似於開普勒-452b),和略大的小型海王星大小的(類似於開普勒-22b)兩類行星。這個直方圖展示了不同大小的行星的相對數量(橫坐標以倍地球半徑為單位,縱坐標以百個為單位)。橙色線條表示已計數完整的數據,白色線條為未完整計數的數據。(儘管在1倍地球半徑的行星和1.5倍地球半徑的行星的分布中也有一個間斷,我們暫時還沒有足夠的數據以確定這個間斷真實存在。)

credit:NASA / Ames Research Center / CalTech / University of Hawai i / B.J. Fulton

統計數字

開普勒總共發現了4034顆候選行星,其中2335顆被認定確為系外行星。儘管在過去四年,天文學家們不停分析望遠鏡得到的數據時,候選行星和系外行星的數目不斷增長,但現在它們已經到達頂點了。這是開普勒望遠鏡首要任務會發布的最後一個目錄——遍歷了天鵝座天區內的十六萬顆恆星。

此外,開普勒還總共發現了50顆地球大小的並位於宜居帶內的候選行星,其中超過30顆被確認。「開普勒真的讓我們得知了這些地球大小的行星的存在。」蘇珊·穆蘭麗(SETI)在NASA的新聞發布會中說。

這最後的目錄將開普勒首要任務的所有數據重新處理了一遍,通過一個新技巧:團隊將他們自己的模擬的假信號導入數據中,以判斷哪種類型的行星被多數了,哪種又被少數了。這將使團隊能夠更好的表示整個星系的行星,從而回答一個天文界最引人注目的問題:到底有多少宜居的世界?

「我對穆蘭麗的結果如此興奮的原因是這個目錄——因為它以一個及其複雜的方式完成——使對類似太陽的恆星周圍的的宜居帶內的行星的研究成為可能,這是之前幾代目錄都無法做到的。」加州理工學院的科特尼·德雷辛說。

系譜的劃分

本傑明·富爾頓(夏威夷大學)和他的同事已經利用了開普勒最新的目錄,將他們的研究成果發布在了arXiv伺服器上。這幫助天文學家理解開普勒帶來的最大的驚喜:那些形成時質量介於地球和海王星之間的行星。現在天文學家將這些行星分為兩類:超級地球——略大於地球,有著厚厚的大氣層的岩態行星,以及小海王星——略小于海王星的沒有岩質表面可言的氣態行星。

這張草圖描繪了系外行星的系譜。行星誕生於旋轉著的氣體和塵埃盤(原恆星盤),隨後演變為既有木星大小,也有地球和海王星大小的行星。而後者又可被清晰地劃分為兩類:岩態地球大小和略大的,以及氣態略小于海王星的。

credit:NASA / Ames Research Center / JPL-Caltech / Tim Pyle

整個銀河系內絕大多數的系外行星都在這個質量範圍內,但天文學家始終無法找到一個明確的分界線。從哪個點上開始行星就要從超級地球被歸類為小海王星?富爾頓的結果或許能提供一個答案。

富爾頓說:「這是系外行星系譜中一個重要的新分支,就好比在生物學中發現了哺乳動物和蜥類是兩個分支一樣。」

該圖說明了行星的形成和大小不同的兩種分類。 首先,小塊碎片形成行星岩質核心。 然後,行星的重力會吸引氫氣和氦氣。 最後,行星被星光「烘烤」,失去一些氣體。 若行星質量達到一定的質量閾值,行星能留住氣體,成為氣態的小海王星; 低於這個閾值,行星就會失去了所有的氣體,成為岩質超級地球。

credit:NASA / Ames Research Center / JPL-Caltech / R. Hurt

儘管富爾頓不確定為什麼大自然要將這兩種星球如此清晰地劃分開,但他懷疑這一切都歸因於那兩個最輕的元素:氫和氦。「非常小量的氫氣和氦氣需要無比漫長的一個過程來膨脹到一個行星大小。只要這些岩態行星中加入非常一小點的氫氣,整體質量的2%,就可以使超級地球越過閾值加入大行星的行列。」

作者:Shannon Hall

翻譯:陸寅峰

校對編排:陳艷玲

責任編輯:解仁江

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