一顆距離我們僅有 35 光年的恆星被發現擁有好幾顆岩石系外行星,而其中一顆相當有可能適宜居住。

新恆星系統

在紅矮星(red dwarf)L 98-59 周圍至少有 4 顆行星圍繞著,且這個星系看起來非常迷人。新的觀察確認了先前的研究已經指出的事項,也就是存在著一顆類地(terrestrial)行星,其質量為金星的一半。但是,新的研究亦揭曉了同一個系統中的新世界,包括了一顆海洋行星、還有一顆位於恆星適居帶(habitable zone)中央,似乎為超級地球的行星。

西班牙天體生物學中心(Centre for Astrobiology)的天體物理學家瑪麗亞·羅莎·薩帕德羅·歐梭里歐教授(María Rosa Zapatero Osorio)說:「位於適居帶的這顆行星可能具有能夠保護並且扶持生命的大氣層。」

這些發現被視為是相當大的里程碑,不僅是在於尋找可能適合居住的世界而已,還有在於尋找如地球、火星及金星的岩石系外行星,畢竟,找到一顆半個金星大小的星球代表著科技上的突破。這顆行星是藉由檢視其對恆星位置的重力效應,所測得的質量最小的系外行星。

尋找系外行星方法

雖然,在銀河系中,系外行星的數量可能多過於恆星數量,但是截至目前,人類只無疑地發現並辨識出數千顆行星而已。那是因為它們都很小、很暗、且難以被看到。因此,人類目前最多產的方法最適用於較巨大、且離它們的恆星相對近的系外行星。

大部分的系外行星是藉由使用「凌」(the transit)而發現的。當公轉中的系外行星經過我們與其恆星之間時,會造成該恆星亮度下降。所謂的凌就是使用例如克卜勒太空望遠鏡、凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,TESS)、或本研究最初所使用的卡內基尋找行星攝譜儀(Carnegie Planet Finder Spectrograph)等望遠鏡來觀察天空,並尋找該恆星重複且規律的亮度下降,藉此找到系外行星。

另一方面,徑向速度法(radial velocity method)用來尋找恆星位置上的改變。這是因為行星會對它們的恆星施加非常小的拉力,造成這些恆星在相互的軌道上移動一點點(太陽也會這樣)。因此,若是系外行星質量越大,移動的訊號就會更顯著。

L 98-59 系統是在 2019 年被發現的,當時藉由使用專門尋找系外行星、並且使用凌的太空望遠鏡 TESS,找到了三顆繞著該恆星的系外行星。這可以提供這些系外行星本身的一些資訊,例如根據恆星亮度下降的量來預估行星粗略的大小。

徑向速度量測可以提供更多資訊。根據恆星移動了多少,天文學家可以計算出系外行星的質量。一旦他們知道了行星的質量與大小後,他們就可以計算行星的密度,這代表可以試著判斷出其組成:密度較大的系外行星很可能是岩石,較鬆的系外行星很有可能是氣態的。

葡萄牙波爾圖大學(University of Porto)的天文學家奧利維耶·狄曼傑(Olivier Demangeon)解釋說:「如果我們想要知道一顆行星是由什麼所組成的,我們最少需要知道的是其質量與半徑。」

各行星資料

由狄曼傑博士所領導的天文學家團隊使用了歐洲南方天文台(European Southern Observatory)的甚大望遠鏡(Very Large Telescope)來量測恆星 L 98-59 的徑向速度。他們確認了最內部的系外行星 L 98-59 b 的質量大約是金星的一半,而且很有可能是岩石行星。第二裡面的系外行星,大約是地球大小的 1.4 倍,也很有可能是岩石行星。

研究人員發現,第三顆系外行星的大小與質量分別是地球的約 1.5 倍及 2 倍,且根據其密度分布,很有可能含有很高的水成分。這顆系外行星可能有高達 30% 的質量是水,這會讓其成為一個海洋世界。

令人驚訝的是,團隊所測得的徑向速度記錄到了兩個無法跟任何已知的系外行星搭配上的週期訊號。這暗示著在系統中有兩顆另外的系外行星,它們沒有跟其他行星在同一個平面上轉動,因此它們實際上並沒有凌過其恆星。其中,第一顆的質量大約為地球的 3 倍,軌道週期為大約 12.8 天。而第二顆,以目前暫時的偵測資訊來看,相當地有趣。

狄曼傑博士說:「我們有跡象表示,在此恆星系統的適居帶中有一顆類地行星。」

第五顆系外行星,若是能夠確認的話,其質量似乎是地球的 2.46 倍,而公轉週期為 23 天。就舒適度而言,這顆行星可能距離恆星有點太近,但是因為紅矮星比太陽溫度還要低,所以這顆系外行星其實與該恆星處於一個適度的距離,就扶持生命上,並不會太熱(也不會太冷)。

未來目標

然而,不幸的是,我們會需要凌來幫助我們檢視這顆系外行星是否具有大氣層,這代表著,就尋找適宜居住的星球而言,它並不是一個進行後續研究的絕佳候選人。

不過這研究的確顯示出行星系統還藏有很多令人驚奇的事,而我們可以更近地觀察該系統中內部的系外行星,來研究行星系統的多樣性。

狄曼傑博士說:「此系統宣告著將有什麼會到來。自從天文學誕生以來,我們作為一個研究社群,一直在尋找類地行星。而現在,我們終於離偵測到位於恆星適居帶的類地行星越來越近了,我們可以試著來研究其大氣。」

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參考資料:

  1. Starr, M., (2021, August 5). Nearby Planetary System Could Hold a Habitable Super-Earth, Astronomers Say. ScienceAlert
  2. Demangeon, O. D. S. et al., (2021, July 12). Warm terrestrial planet with half the mass of Venus transiting a nearby star. Astronomy & Astrophysics. doi.org/10.1051/0004-6361/202140728
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/nearby-planetary-system-hints-at-a-habitable-super-earth(圖:ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)
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