“更换游戏”寻找可以留下生命的行星的新方法

超大望远镜

位于智利阿塔卡马沙漠帕拉纳天文台的超大望远镜(VLT)。作为突破计划的一部分,VLT的仪器被用来搜索半人马座阿尔法星系中的行星。这张令人惊叹的VLT图像是用日落的颜色绘制的,并反射在平台上的水中。资料来源:A. Ghizzi Panizza/ESO

一个国际天文学家团队开发的新技术使直接拍摄可能在邻近恒星系统的宜居带内孕育生命的行星成为可能。

多亏了一个国际天文学家团队在杂志上报道的最新进展,现在我们可以捕捉到可能在附近恒星周围维持生命的行星的图像自然通信。

采用了一种新开发的中红外系统太阳系外行星研究成像与一个非常长的观察时间,这项研究的作者表示,他们现在可以使用基于地面的望远镜来直接捕捉到地球的平行图像大约在附近星星的可居住区域内的地球大小的三倍。

直接对系外行星(太阳系外的行星)成像的努力受到了技术限制的阻碍,导致人们倾向于探测比太阳系大得多的、更容易看到的行星木星它们位于非常年轻的恒星周围,远离宜居带——行星可以维持液态水的“最佳位置”——之外。如果天文学家想要找到外星生命,他们需要寻找其他地方。

“If we want to find planets with conditions suitable for life as we know it, we have to look for rocky planets roughly the size of Earth, inside the habitable zones around older, sun-like stars,” said the paper’s first author, Kevin Wagner, a Sagan Fellow in美国国家航空航天局美国亚利桑那大学斯图尔德天文台(University of Arizona ' s Steward Observatory)的哈勃奖学金项目。

瓦格纳说,论文中描述的方法比现有的直接观测系外行星的能力提高了十倍以上。瓦格纳说,大多数关于系外行星成像的研究都是在红外线波长小于10微米的范围内进行的,而红外线波长的范围恰好是这些行星最亮的地方。

“这是有原因的,因为地球本身在用这些波长照射你,”瓦格纳说。“来自天空、相机和望远镜本身的红外辐射基本上会淹没你的信号。但关注这些波长的好理由是,在类日恒星周围的宜居带中,类地行星将会发出最亮的光。”

超大望远镜和半人马座阿尔法星

在肉眼看来,半人马座阿尔法星是一颗明亮的恒星,但这个系统实际上是由一对双星组成的,半人马座阿尔法星a和半人马座阿尔法星B,加上暗淡的红矮星半人马座阿尔法星C,也被称为比邻星,在这张图像中几乎看不见。信贷:尤里Beletsky / LCO / ESO

球队使用了甚大望远镜或者,智利欧洲南部天文台的VLT,观察我们最接近的邻居星系:阿尔法队,距离酒店仅有4.4次。Alpha Centauri是一个三星级系统;它由两颗星 - alpha centauri a和b - 与阳光相似,彼此的大小和年龄和轨道为二元系统。第三颗星,alpha centauri c,更像是proxima centauri,是一个更小的红色矮人,它在很远的地方绕过它的两个兄弟姐妹。

一个星球在地球的大小不相当的两倍,并且在Proxima Centauri周围的可居住区中的轨道已经通过观察星的径向速度变化观察,或者在看不见的星球下的拔河下展出的小明星展示。根据该研究的作者,Alpha Centauri A和B可以举办类似的行星,但间接检测方法尚不敏感,以便在其更广泛分开的可居住区域中找到岩石行星,Wagner解释说。

“有了直接成像技术,我们现在可以第一次突破探测极限,”他说。

Alpha Centauri A和B

半人马座阿尔法星A(左)和半人马座阿尔法星B由哈勃太空望远镜拍摄。这对恒星位于人马座(Centaurus),距离地球4.3光年,每80年围绕一个共同的重心运行一次,平均距离约为地球到太阳距离的11倍。来源:NASA / ESA /哈勃

为了提高成像设置的灵敏度,该团队使用了所谓的自适应辅助望远镜镜,可以纠正地球大气层的灯光畸变。此外,研究人员使用了一个星光阻挡掩模,它们针对中红外光谱进行了优化,以阻止一次来自其中一个星的光。为了使两个星星可居住的区域同时观察,它们也开创了一种新的技术,可以非常迅速地在观察阿尔法中心A和Alpha Centauri B之间来回切换。

瓦格纳说:“每十分之一秒,我们就会移动日冕仪上的一颗恒星和一颗恒星。”“这让我们可以用一半的时间观察每颗恒星,更重要的是,它还可以让我们从下一帧中减去一帧,这就消除了相机和望远镜上所有的噪音。”

使用这种方法,不需要的星光和“噪声”——望远镜和相机内部不需要的信号——本质上变成了随机的背景噪声,可以通过叠加图像和使用专门的软件减去噪声来进一步减少。

类似于噪音消除耳机的效果,让轻柔的音乐能听到在源源不断的喷气发动机噪音,这种技术允许团队删除尽可能多的不必要的噪音和检测微弱信号由候选行星适居带内。

该团队在2019年的一个月内观察到alpha Centauri系统,近100小时,收集超过500万的图像。他们收集了大约7岁的数据,他们公开提供http://archive。eso。org

“这是第一个专门的多夜Exoplanet成像活动之一,其中我们堆叠了我们近一个月内积累的所有数据,并用来实现最终敏感度,”Wagner说。

在消除了所谓的伪影(仪器产生的虚假信号和日冕仪的残余光)之后,最终的图像显示了一个指定为“C1”的光源,它可能暗示着宜居带内存在着一颗候选系外行星。

“有一个点源看起来像我们所期望的行星的样子,我们不能用任何系统误差校正来解释,”瓦格纳说。“我们还不能肯定地说,我们在半人马座阿尔法星周围发现了一颗行星,但经过一些后续验证,那里可能有一个信号。”

对数据中的行星可能的样子的模拟表明,“C1”可能是a海王星-土星瓦格尔说,距离α八角座A类似于地球和太阳之间的距离的行星。然而,作者明确说明了没有随后验证的情况下,C1可能是由于仪器本身引起的一些未知伪像所可能才能刚刚排除。

在半人马座阿尔法星系内找到一颗可能适宜居住的行星一直是“突破观察/近”计划的目标,该计划代表半人马座阿尔法星系地区的新地球。“突破观察”是一个全球性的天文项目,旨在寻找围绕附近恒星运行的类地行星。

“我们非常感谢这些突破性的举措ESO“感谢他们的支持,为我们邻近恒星周围的类地行星成像又迈出了一步,”NEAR项目首席科学家、论文合著者马库斯·卡斯帕(Markus Kasper)说。

该团队打算在未来几年内开始另一项成像活动,试图在半人马座阿尔法星系的不同位置捕捉这颗潜在的系外行星,并根据对其预期轨道的建模,看看它是否符合预期。进一步的线索可能来自使用不同方法的后续观察。

下一代的超大望远镜,如超大欧洲南方天文台的望远镜,巨型麦哲伦望远镜,亚利桑那大学的产生主要的镜子,预计能够增加直接观察附近的恒星可能港行星的宜居地带10倍,瓦格纳解释道。候选观测对象包括夜空中最亮的恒星天狼星,以及一个间接观测到的行星系Tau Ceti, Wagner和他的同事将尝试直接成像。

“让这里的能力证明了常规观察模式,能够加快热量信号的在附近的恒星周围的可居住地带的行星,将会是一个改变游戏规则的探索新的世界和宇宙中寻找生命,”说、报告作者之一丹尼尔。Apai UArizona副教授的天文学和行星科学领导的宇航局地球其他太阳能系统程序,部分支持这项研究。

参考:2021年2月10日,自然通信。
DOI:10.1038 / S41467-021-21176-6

NEAR项目的资金主要由“突破观察”项目和欧洲南方天文台(ESO)提供。突破手表由突破倡议管理,由突破基金会赞助。突破观测提供了仪器的升级,使观测成为可能,ESO贡献了望远镜的时间。

关于完整的作者、机构和资金信息,请参阅研究论文“在可居住带内的低质量行星成像;半人马座。”

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