系外行星 TOI-1452b 的水世界藝術印象。(Benoit Gougeon / 蒙特利爾大學)

一顆距離地球僅 100 光年的系外行星似乎是迄今為止最好的地球候選者,因為它是一個漂浮的、被水覆蓋的海洋世界。

它被稱為 TOI-1452b,針對其大小和質量的測量表明其密度分佈與全球液態海洋一致。科學家們相信,像這樣的世界是可能的,但他們還沒有真正確鑿地找到一個。

我們需要通過詹姆斯韋伯太空望遠鏡的後續觀測,研究這顆系外行星的大氣層,並對 TOI-1452b 的性質做出更有把握的裁決,但初步結果非常耐人尋味。

「這篇論文報告了溫帶系外行星 TOI-1452b 的發現和特徵。」由加拿大蒙特利爾大學的天文學家 Charles Cadieux 領導的研究小組在 The Astronomical Journal 上發表的一篇論文中寫道。

「根據我們內部建模的結果以及該星球受到適度輻射的事實,使 TOI-1452b 成為一個很好的候選水世界。」

儘管 TOI-1452b 相對接近太陽系,但很容易理解它為什麼直到現在才被發現。

這顆系外行星被發現圍繞著一對小而暗的紅矮星中的一顆運行,它們之間的距離僅有 97 個天文單位。這個距離如此之近,讓這兩顆星幾乎是一體的。

然而,TESS 系外行星搜尋望遠鏡足夠靈敏,可以探測到星光中規律的微弱下降,這表明有一個天體經常在我們和它的主星之間經過。 穿過恆星的那些過程被稱為凌日。研究人員在加拿大 Mont Mégantic 天文台用他們自己的高靈敏度儀器進行了追蹤,該儀器被設計用來探測系外行星的凌日。

兩台望遠鏡的觀測結果表明,確實有一顆系外行星繞著 TOI-1452 雙星中的一顆恆星運行。

通過觀察這顆恆星發出的光量以及當系外行星從前面經過時它會變暗多少,研究人員能夠確定這顆系外行星相對較小,是地球大小的 1.672 倍——我們稱之為「超級地球」。

它與它的恆星一起在一個 11 天的軌道上運行,這對我們來說似乎太近了,而我們的軌道相對來說是悠閒的 365 天。然而,由於這顆恆星與太陽相比是如此的涼爽和昏暗,這使得這顆系外行星處於這顆恆星溫帶的中間位置。這離恆星不會太遠,也不會太冷,使其表面的任何液態水都結冰,也不會太近,以至於水會在恆星的熱量下蒸發。

系外行星 TOI-1452b 的藝術印象。(Benoit Gougeon / 蒙特利爾大學)

接下來,研究人員仔細觀察了這顆恆星。具體來說,他們研究了它的徑向速度——是它由於系外行星的引力影響而移動的方式。這是因為系統中的任何兩個天體都圍繞著一個共同的重力中心運行——這意味著這顆恆星在其與 TOI-1452b 的軌道排列中只是移動了一點點。

恆星光線的變化展示了這種運動,甚至更好的是,天文學家可以通過確定這種運動的強度來計算軌道物體的質量。因此,他們能夠推導出 TOI-1452b 的質量是地球質量的 4.82 倍。

這就是它開始變得非常有趣的地方。

一但你有了一個物體的大小和質量,你就可以推斷出它的平均密度。對於 TOI-1452b,該密度為 5.6 克/立方厘米,非常接近地球 5.5 克/立方厘米的密度。但研究人員表示,對於質量更大的物體,與地球相似的密度表明該物體由更輕的材料組成。

Cadieux 說:「TOI-1452b 是我們迄今為止發現的海洋行星的最佳候選者之一,它的半徑和質量表明,它的密度遠低於人們對基本上由金屬和岩石組成的行星(如地球)的預期密度。」

他們模擬了這顆系外行星的內部成分,並確定其多達 30% 的質量可能是水。

水在這顆系外行星的質量比例非常巨大。相比之下,水只佔地球質量的不到 1%; TOI-1452b 的組成似乎更接近於在木星軌道上的水衛星歐羅巴,以及在土星軌道上的土衛二。

然而,僅憑我們的測量結果,無法準確地說出 TOI-1452b 是由什麼製成的。這就是韋伯望遠鏡的作用了。

你還記得這顆系外行星是如何在我們和它的恆星之間經過的嗎?恆星的一些光線將穿過系外行星的大氣層,如果它有大氣層的話。韋伯的靈敏度足以詳細地探測到光的差異,科學家們可以計算出系外行星大氣中的物質。

如果 TOI-1452b 是一個水世界,那麼韋伯望遠鏡是我們認識它的最佳機會。

「使用韋伯望遠鏡進行的觀測能更好地理解 TOI-1452b,我們會盡快預定時間在韋伯上觀察這個奇異而奇妙的世界。」蒙特利爾大學的天文學家 René Doyon 說。

該研究已發表在 The Astronomical Journal 上。

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參考資料:

  1. Starr, M., (26 August 2022). We Just Found a ‘Super-Earth’ That Could Be an Ocean-Covered Water World. ScienceAlert
  2. Cadieux, C., Doyon, R., Plotnykov, M., Hébrard, G., Jahandar, F., Artigau, E., Valencia, D., Cook, N. J., Martioli, E., & Vandal, T., (2022). TOI-1452 b: SPIRou and TESS Reveal a Super-Earth in a Temperate Orbit Transiting an M4 Dwarf. The Astronomical Journal
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/we-just-found-a-super-earth-that-could-be-an-ocean-covered-water-world (Benoit Gougeon/Université de Montréal)
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