通过美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星(TESS)的观测,一个国际天文学家团队发现了三个比地球的热星球,围绕着一个年轻得多的名为TOI 451的恒星运行。该系统位于最近发现的双鱼座-波江座星流中,这是一组年龄不到我们太阳系3%的恒星,横跨了三分之一的天空

这张插图勾勒出TOI 451的主要特征,这是一个位于波江座400光年之外的三重行星系统。
来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

这些行星是在2018年10月至12月间拍摄的TESS照片中发现的。对TOI 451及其行星的低阶研究包括2019年和2020年使用NASA斯皮策太空望远镜(现已退役)以及许多地面设施进行的观测。NASA近地天体广域红外探测卫星(NEOWISE)在2009年到2011年期间收集的红外数据显示,该系统保留着由尘埃和岩石碎片组成的冷盘。其他观察显示,TOI 451可能有两个遥远的恒星伴星,在远离行星的地方相互环绕。

“这个系统检查了天文学家的许多情况,”领导这项研究的新罕布什尔州汉诺威达特茅斯学院(Dartmouth College)物理学和天文学助理教授伊丽莎白·牛顿(Elisabeth Newton)说,“它只有1.2亿年的历史距离我们只有400光年,我们可以对这个年轻的行星系统进行详细的观察。而且因为有三颗行星的大小是地球的2到4倍,它们为测试行星大气如何演化的理论提供了特别有希望的目标。”

一篇报道这一发现的论文发表在1月14日的《天文学杂志》上,并可在网上查阅。

当星系的引力将星团矮星系撕裂时,就会形成恒星流。单个恒星沿着星团最初的轨道向外移动,形成一个拉长的星团,并逐渐分散。

2019年,维也纳大学(University of Vienna)斯特凡·梅因格斯特(Stefan Meingast)领导的一个团队使用了欧洲航天局(European Space Agency)盖亚(Gaia)任务的数据,发现了双鱼座-波江座星流,该星流以恒星密度最大的星座命名。星流横跨14个星座,大约有1300光年长。然而,最初确定的星流年龄比我们现在认为的要久远得多。

2019年晚些时候,由纽约哥伦比亚大学杰森·柯蒂斯(Jason Curtis)领导的研究人员分析了数十个星流的TESS数据。年轻的恒星比年老的恒星旋转得更快,而且它们往往有明显的恒星黑子——像太阳黑子一样的黑暗、寒冷的区域。当这些黑点在我们的视野之内或之外旋转,它们会在TESS可以测量的恒星亮度上产生微小的变化。

TESS的测量结果显示了压倒性的证据,证明了恒星黑子的存在以及恒星间的快速旋转。根据这个结果,柯蒂斯和他的同事们发现这个星系团只有1.2亿年的历史——与著名的昴宿星团相似,比之前估计的年龄小8倍。质量、年轻和靠近双鱼座-波江座星流使它成为研究恒星和行星形成和进化的令人兴奋的基础实验室。

“多亏TESS几乎覆盖了整个天空,我们在发现这条星流的时候就可以通过测量来寻找围绕这条流成员的行星,”论文的合著者之一、NASA系外行星档案馆的科学副主管杰西·克里斯蒂安森(Jessie Christiansen)说,该档案馆是一个研究太阳系以外世界的设施,由加州帕萨迪纳的加州理工学院管理。“在未来的几年里,TESS的数据将继续让我们突破我们对系外行星及其系统的认知极限。”

年轻的恒星TOI 451,也就是天文学家熟知的CD-38 1467,位于400光年之外的波江座。它的质量是太阳的95%,但它比太阳小12%,温度略低,释放的能量也少35%。TOI 451每5.1天自转一周,比太阳快5倍多。

TESS通过寻找凌日现象来发现新的世界,凌日现象是一颗行星从其恒星前面经过时发生的轻微而有规律的变暗现象。三颗行星的凌日现象在TESS的数据中都很明显。牛顿的研究团队从斯皮策望远镜获得的测量数据支持了TESS的发现,并帮助排除了其他可能的解释。后续观测来自拉斯坎布瑞斯天文台——一个总部设在加州戈莱塔的全球望远镜网络——和澳大利亚珀斯系外行星调查望远镜。

即使是TOI 451最遥远的行星,其轨道距离也比星离太阳的距离近三倍,所以所有这些世界都非常热,正如我们所知,不适合生命生存。温度估计范围从最内层的2200华氏度(1200摄氏度)到最外层的840华氏度(450摄氏度)。

TOI 451 b轨道每1.9天运行一次,大约是地球大小的1.9倍,估计质量是地球的2到12倍。下一颗行星,TOI 451 c,每9.2天绕轨道运行一圈,大约是地球的3倍,质量是地球的3到16倍。最大最远的行星TOI 451 d,每16天绕恒星一周,是我们行星的4倍大,质量在地球的4到19倍之间。

天文学家预计,尽管它们附近的恒星散发着强烈的热量,但像这样大的行星仍能保留大部分大气层。当一个行星系统达到TOI 451的年龄时,大气如何演化的不同理论预测了各种性质。观察穿过这些行星大气层的星光,为研究这一阶段的发展提供了机会,并有助于约束目前的模型

双鱼座-波江座星流横跨1300光年,横跨14个星座和三分之一的天空。黄点表示已知或可疑成员的位置,并圈出TOI 451。TESS的观测显示,这条星流大约有1.2亿年的历史,与位于金牛座的著名的昴宿星群(左上)相当。
来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

“通过测量以不同波长穿透行星大气的星光,我们可以推断其化学成分以及云层或高空烟雾的存在,”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家埃莉莎·昆塔纳说。“TOI 451的行星为哈勃和即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究提供了极好的目标。”

WISE的观测显示,该系统在波长为12微米和24微米的红外光下异常明亮,而人眼是看不见红外光的。这表明了碎片盘的存在,在那里岩石状的小行星撞击并将自己磨成尘埃。虽然牛顿和她的团队无法确定圆盘的范围,但他们设想它是一个由岩石和尘埃组成的弥散环,其中心距离恒星的距离就像木星距离太阳的距离一样远。

研究人员还研究了一颗微弱的邻近恒星,它出现在TESS图像中,距离TOI 451大约两个像素。根据盖亚的数据,牛顿的团队确定这颗恒星是一个受引力约束的伴星,它离TOI 451太远,它发出的光需要27天才能到达那里。事实上,研究人员认为这个伴星很可能是由两颗M型矮星组成的双星系统,每颗恒星的质量都是太阳的45%,释放的能量仅有太阳的2%。

TESS是美国宇航局的天体物理探索任务,由麻省理工学院领导和运营,由美国宇航局戈达德太空飞行中心管理。其他合作伙伴包括弗吉尼亚州福尔斯彻奇的诺斯罗普·格鲁曼公司;美国宇航局位于加州硅谷的艾姆斯研究中心;马萨诸塞州剑桥的哈佛和史密森尼天体物理中心;麻省理工学院的林肯实验室;以及巴尔的摩的太空望远镜科学研究所。全世界有十多所大学、研究机构和天文台参与了这项任务。

位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室为位于华盛顿的美国宇航局科学任务理事会管理近地天体广角红外线探测望远镜(Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer, NEOWISE)。科罗拉多州博尔德的鲍尔航空航天技术公司建造了这艘飞船。科学数据处理工作在帕萨迪纳加州理工学院的IPAC进行。加州理工学院为美国宇航局管理喷气推进实验室。

来源:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-s-tess-discovers-new-worlds-in-a-river-of-young-stars

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