天文学家们将盖亚和GRAVITY数据结合起来,对明亮恒星附近的暗淡天体进行成像,这可能会彻底改变对附近系外行星的搜索。探测靠近明亮恒星的微弱天体是非常困难的。然而,通过将欧空局盖亚太空望远镜的数据与欧空局地面 GRAVITY 仪器的数据相结合,科学家们成功地做到了这一点。

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科学家们通过将欧空局盖亚(Gaia)任务的数据与欧洲南方天文台(ESO)的 GRAVITY 仪器的数据相结合,探测到了来自 8 颗发光恒星以前从未见过的暗伴星的光信号。资料来源:欧空局

他们首次捕捉到了迄今为止尚未发现的八颗发光恒星的暗伴星的光信号。这项技术为捕捉靠近主恒星轨道的行星图像提供了诱人的可能性。

你有没有试过在明亮的路灯下给萤火虫拍照?很可能你在快照中看到的只是灯柱发出的强光。天文学家在明亮的恒星旁边追逐微弱的小恒星或行星时也会遇到同样的问题。

为了解决这个问题,由欧洲南方天文台(ESO)科学家托马斯-温特哈尔德(Thomas Winterhalder)领导的一个国际天文学家小组首先搜索了盖亚编制的星表,其中列出了数十万颗疑似伴星的恒星。虽然伴星的亮度不足以被盖亚直接观测到,但它们的存在会导致亮度更高的主恒星的轨迹出现微小摆动(见下图),而这只有盖亚才能测量到。

在盖亚的恒星轨道目录中,研究小组确定了八颗恒星作为 GRAVITY 的目标,GRAVITY 是位于智利 Cerro Paranal 的欧洲南方天文台甚大望远镜的先进近红外干涉仪。GRAVITY将来自不同望远镜的红外光结合在一起,通过一种叫做干涉测量的技术来捕捉暗淡天体的微小细节。

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天体测量学是通过精确测量恒星在天空中的位置来探测恒星运动的方法。当恒星围绕行星系统的质心摆动时,通过测量恒星位置的微小变化,这种技术也可用于识别恒星周围的行星。图片来源:欧空局

得益于 GRAVITY 独一无二的锐利和灵敏的眼睛,研究小组捕捉到了所有 8 个预测伴星的光信号,其中 7 个伴星是以前未知的。其中三个伴星是非常小而暗淡的恒星,另外五个是褐矮星。这些天体介于行星和恒星之间:质量比最重的行星大,但比最轻的恒星轻且暗。

这项研究中发现的其中一颗褐矮星绕其主星运行的距离与地球距离太阳的距离相同。这是第一次可以直接捕捉到如此接近其主恒星的褐矮星。

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欧空局盖亚卫星观测银河系的效果图。天空的背景图像是由超过18亿颗恒星的数据编辑而成的。它显示了盖亚观测到的恒星的总亮度和颜色,作为盖亚早期数据发布 3(Gaia EDR3)的一部分于 2020 年 12 月发布。资料来源:航天器:ESA/ATG medialab;银河:ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO.致谢:A. Moitinho

托马斯解释说:"我们已经证明,捕捉暗伴星的图像是可能的,即使它的轨道非常接近其明亮的宿主。这一成就彰显了盖亚和GRAVITY之间非凡的协同作用。只有盖亚才能识别出这种容纳一颗恒星和一个'隐藏的'伴星的紧密系统,然后GRAVITY就可以接手,以前所未有的精确度为更小更暗的天体成像。"

在早先的一项研究中,天文学家利用盖亚数据和另一个地面天文台捕捉到了一颗巨型气体系外行星的图像。这颗行星围绕其主恒星运行的距离大约是地球与太阳距离的17倍,在天空中划过的角度比GRAVITY在这项新成果中拍摄到的伴星的典型距离要宽得多。

盖亚观测推断出的小伴星通常位于几十毫阿秒的微小分离角上,也就是从100千米的距离看去一枚一欧元硬币的大小。

托马斯继续说:"在我们的观测中,盖亚数据就像一种路标。我们能通过 GRAVITY 看到的天空部分非常小,因此我们需要知道该往哪里看。盖娅对恒星的运动和位置进行了无与伦比的精确测量,这对于将我们的仪器指向天空中的正确方向至关重要。"

Gaia 和 GRAVITY 的互补性不仅仅在于利用 Gaia 的数据来规划后续观测和实现探测。通过将两个数据集结合起来,科学家们能够分别"称量"各个天体的重量,并分辨出主恒星和各自伴星的质量。

GRAVITY 还测量了伴星和主星在红外波长范围内的对比度。结合对质量的估计,研究小组得以评估伴星的年龄。令人惊讶的是,其中两颗褐矮星的亮度低于人们对其大小和年龄的预期。一个可能的解释是,这些褐矮星本身有一个更小的伴星。

迄今为止已经发现了 5000 多颗系外行星,但它们长什么样呢?欧空局专门的系外行星任务"契普斯"、"柏拉图"和"阿里尔"正在寻找答案。图片来源:欧空局

在展示了 Gaia-GRAVITY 组合的威力之后,科学家们现在正期待着追踪 Gaia 星表中所列恒星的潜在伴星。

"盖亚任务的独特之处在于它能够发现天空中近距离星对的微小运动。将作为第四次数据发布(DR4)的一部分提供的下一个星表将包含更丰富的恒星集合,其中可能有更小的伴星,"欧空局盖亚科学家约翰内斯-萨赫曼(Johannes Sahlmann)说。"这一结果为我们在银河系中寻找行星开辟了新天地,并有望让我们看到新的遥远世界。"

编译来源:ScitechDaily