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盖亚太空望远镜帮助天文学家成像围绕明亮恒星的隐藏天体

(2024-06-23 17:24:15)

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杂谈

盖亚太空望远镜帮助天文学家成像围绕明亮恒星的隐藏天体

By Robert Lea

published 15 hours ago

Exoplanets

“这一结果为狩猎我们银河系中的行星开辟新领地并承诺我们一瞥新的遥远世界”。

在这幅描画中，一颗褐矮星环绕一颗明亮的恒星。 (Image credit: ESA)

科学家们已经直接成像了在盖亚数据目录中八个伴随着非常明亮恒星的暗淡天体，包括所谓的“失败的恒星”，另外被称为褐矮星。

这些恒星和它们的同伴最初被从盖亚目录中的数百万颗恒星识别。它们被认为对后续用地面GRAVITY仪器调查是理想的，GRAVITY仪器是一种位于智利赛罗帕拉纳尔山顶非常大望远镜（VLT）上的先进的近红外干涉仪。通过结合来自多个望远镜的红外光，一个叫干涉测量的过程，GRAVITY已经取得一颗太阳系外行星或“系外行星”的首次直接观测。

在盖亚观测上后续观测，GRAVITY直接的发现了来自围绕八颗明亮恒星的同伴的光信号，其中七颗是理论化的天体，直到目前为止未被发现。

三个伙伴天体是小和暗淡的恒星，另外五个是褐矮星。后者像恒星一样形成并且比气态巨行星有更多质量，但没有足够的质量来像主序恒星做的那样触发在它们的核中氢到氦的聚变。这是它们绰号“失败的恒星”来自的地方。

由GRAVITY发现的其中一颗褐矮星在距离大约等于地球和太阳之间的距离上环绕它的母星。这标志着这些失败的恒星之一首次已经被直接看到离它的宿主恒星如此之近，。
团队负责人和欧洲南方天文台（ESO）科学家托马斯·温特哈尔德在一份声明中说，“我们已经证明有可能来捕捉到一个微弱伙伴的一幅图像，甚至当它的轨道非常接近它的明亮的宿主时。这一成就强调盖亚和GRAVITY之间显著的协同作用。只有盖亚能识别宿主一颗恒星和一个'隐藏'的伙伴如此紧密的系统，然后GRAVITY能接管来以前所未有的精度成像更小、更暗的天体”。

灯塔上的一只萤火虫

直接的观察暗淡的天体如小、暗淡的恒星或围绕明亮恒星的褐矮星绝非易事。事实上，发现它们的光信号就像来看到坐在照耀的灯塔上的一只萤火虫的光一样。可以理解的，任何试图来成像萤火虫的光的尝试都会被灯塔的更明亮光冲刷掉，对明亮的恒星和它们暗淡的同伴是一样的。

虽然盖亚不能直接的发现这些恒星的暗淡伙伴，但太空望远镜能够来推断它们的存在。这是因为当一颗褐矮星或一般的小恒星环绕一颗更大、更亮的恒星时，它的引力拉扯在母星上这造成一个更大、更亮恒星运动中的“摆动”。

随那颗恒星“摆动”从地球（和盖亚）离开，光的波长伸展，将它朝向电磁波谱的红色端移。相反，当它朝向地球摆动时，光的波长被缩短，把光朝向电磁波谱的蓝色端移动。

这种红移和蓝移效应是类似于多普勒频移的，多普勒频移是影响地球上声波的现象。例如，随一辆救护车鸣着警笛朝向你冲来声波被压缩，警笛声调更高，类似于蓝移。随救护车从你身边经过，声音的波长会延伸出去，警笛声是低音调的，就像来自恒星随它移动离开光的红移一样。

显示多普勒效应的描画。随救护车加速远离行人声音被拉长并且是低频的。随它接近声波被压缩，警笛是高频的。 (Image credit: Robert Lea (created with Canva))

这种红移和蓝移效应是微小的，但盖亚足够敏感来发现它。在盖亚样本中这些恒星的小伙伴处在与它们的明亮的恒星父母微小的几十毫秒分开角度上，这大约是从一个大约62英里（100公里）外的距离观望的25分硬币的大小。

托马斯解释说，“在我们的观测中，盖亚数据起了一种路标的作用，我们能用GRAVITY看的天空部分是非常小，因此我们需要知道去哪里看。盖亚的恒星的运动和位置的无与伦比的精确测量对将我们的仪器指向天空中的刚好方向是至关重要的”。

盖亚和GRAVITY的合作帮助该团队超越单纯对这些伙伴的探测。这两个数据集还使研究小组来分离出恒星的质量和伙伴的质量成为可能。此外，测量来自恒星和它们的伙伴天体的光的波长中的差异以及将这些信息与上述质量估计相结合，允许研究小组来推断出这些伙伴的年龄。

这揭示了褐矮星比预期观测到的年龄和质量更不发亮的，这意味着这些天体本身可能被另一个更小、甚至更暗的伙伴环绕，甚至可能是难以捉摸的系外月亮。