TESS探測器發現的年輕類日恆星為天文學家提供了重要信息
自2009年美國宇航局發射開普勒太空望遠鏡以來，對太陽系外行星的研究就出現了爆炸性的增長。但隨著2018年開普勒望遠鏡的退役，這個的使命就落到了凌日系外行星勘測衛星（TESS）等任務上，以繼續其前任未完成的工作。通過凌日系外行星勘測衛星（TESS）的觀測，一個國際天文學家團隊最近發現了三顆系外行星圍繞一顆名為TOI 451的年輕類日恆星運行。
這項研究由達特茅斯學院（Dartmouth College）物理學和天文學助理教授伊麗莎白·r·牛頓（Elisabeth R. Newton）領導。與她一起合作的研究人員來自美國宇航局噴氣推進實驗室，美國宇航局戈達德，美國宇航局艾姆斯，美國宇航局系外行星科學研究所，SETI研究所，馬克斯-普朗克天文學研究所，卡弗里天體物理和空間研究研究所，以及多所大學和天文台。
利用來自TESS的數據，該團隊檢查了雙魚座-波江座星流（Pisces-Eridanus）中的恆星，這是一個距離地球約260到737光年的恆星集合。這條星流的長度約為1300光年，橫跨14個星座，並以那些濃度最高的星座命名。2019年，斯特凡·邁因格斯特（Stefan Meingast）領導的一個團隊利用歐洲航天局蓋亞（Gaia）任務獲得的數據發現了這條星流。
上圖：黃點表示屬於雙魚座-波江座星流的已知或可疑係統的位置(用TOI451圈出)。
同年晚些時候，由哥倫比亞大學的天文學家、國家科學基金會（NSF）研究員傑森·柯蒂斯（Jason Curtis）領導的研究人員分析了其中一些恆星的TESS數據。分析發現，它們具有快速的自旋速率和顯著的星點（這導致光度周期性下降），這表明它們比之前認為的要年輕得多。
根據這些結果，柯蒂斯和他的同事們發現，這條星流只有1.2億年的歷史（和太陽的年齡一樣）。當牛頓和她的同事們檢查了2018年10月至12月間TESS在同一星流上收集的數據時，他們注意到有三顆系外行星特別圍繞著一顆恆星。被稱為TOI 451（又名CD-38 1467），這顆恆星位於距我們約400光年的波江座。
TOI 451是一顆G型（黃矮星）恆星，大小約為太陽的88%，質量約為太陽的95%，溫度稍低，暗度較低（這是一顆年輕的恆星）。另一個表明它年輕的跡象是，它每5.1天自轉一周，或者說比太陽快5倍。根據TESS探測到的凌日，它的三顆行星都圍繞TOI 451運行，比水星離太陽更近，這使得它們都很熱，不適合生命生存。
後續觀測在2019年和2020年進行，使用的是美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡（已於2020年1月30日退役）和美國宇航局的近地天體廣角紅外巡天探測器（NEOWISE）在2009年至2011年期間獲得的檔案數據。更多的觀測是由Las Cumbres天文台全球網路和澳大利亞的珀斯系外行星調查望遠鏡完成的。
上圖：藝術家對凌日系外行星勘測衛星(TESS)的再現。
所有這些都證實了這三顆系外行星的存在，它們符合「熱超級地球」的稱號。WISE數據進一步顯示，TOI 451在波長為12微米和24微米的紅外光中異常明亮。這表明存在一個殘骸圓盤，研究小組估計，碎片圓盤的中心距離恆星的距離與木星離太陽的距離一樣遠。
該團隊還調查了一顆微弱的鄰近恆星，它似乎在TESS照片中離TOI 451很近。利用來自歐洲航天局蓋亞天文台的數據，牛頓的團隊確定這顆恆星實際上可能是一個由兩顆M型（紅矮星）組成的雙星系統，它們是TOI 451的引力伴星。正如牛頓教授在NASA最近的新聞發布會上解釋的那樣：
「這個系統檢查了天文學家的很多信息。它只有1億2千萬年的歷史，距離地球只有400光年，我們可以對這個年輕的行星系統進行詳細的觀測。而且，因為有三顆行星的大小是地球的2到4倍，它們為測試行星大氣如何演化的理論提供了特別有希望的目標。」
其中，最內部的行星（TOI 451b）大約是地球大小的1.9倍，質量的2到12倍，軌道周期為1.9天。TOI 451c 的體積大約是地球的三倍，質量是地球的16倍，軌道周期為9.2天。最外層的行星（TOI 451d）是地球的四倍大，質量是地球的4到19倍，軌道周期為16天。溫度估計範圍從b的約1200°C（2200°F）到d的約450°C（840°F）。
上圖：TOI1338b是一顆環繞其兩顆恆星運行的環行雙星。它是由TESS發現的。
這些結果表明，TOI 451和雙魚座-波江座星流中的其他恆星很可能是極好的研究對象，而且與地球相對接近。 特別是，這些恆星的幼年期意味著它們可以揭示有關恆星和行星的形成和演化的大量信息。
為此，NASA系外行星檔案館的科學家解釋道：「多虧了TESS幾乎覆蓋了所有的天空，當確定了這條星流時，我們就已經可以利用測量數據，來支持對圍繞這條星流成員運行的行星的搜索。TESS的數據將繼續讓我們在未來幾年裡，不斷突破我們對系外行星及其系統認知的極限。」
和它的前身一樣，TESS通過在一個區域中檢查數千顆恆星，並偵測亮度周期性下降來尋找系外行星。這些都是凌日的跡象，行星會在一個恆星的前面經過（相對於觀察者）。在合適的條件下，穿過系外行星大氣層的光線將使天文學家能夠獲得光譜，而這些光譜可以用來確定大氣層的組成。
考慮到它們的質量，天文學家預計TOI 451行星在演化過程中會保留大部分大氣層 —— 儘管它們暴露在強烈的熱量之下。這意味著，未來用下一代望遠鏡的觀測可以揭示這些大氣是由什麼組成的，為大氣如何隨時間演變提供重要線索。
上圖：藝術家對岩石超級地球HD 85512 b的再現。
通過測量以不同波長穿透行星大氣的星光，科學家可以推斷其化學成分，以及雲層或高空霧霾的存在。TOI 451的行星為哈勃和即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的研究提供了極好的目標。
截止目前，共有4352顆系外行星被確認存在於3221個星系中，還有5765顆候選行星在等待確認。這些行星中有許多圍繞著與我們的恆星非常相似的恆星運行，有不少被認為是「潛在的宜居星球」。一旦詹姆斯·韋伯（James Webb）和南希·格蕾絲·羅曼（Nancy Grace Roman）太空望遠鏡進入太空，這些被認為是很好的後續觀測對象。
雖然，TOI 451的行星不太可能適合居住，但後續的觀察可能會告訴我們很多行星是如何演化的信息，這可以幫助科學家們縮小搜索範圍。
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