美国宇航局的下一代罗曼太空望远镜用它的能力正在惊讶科学家们。它甚至已经还没有发射

By Keith Cooper published 6 hours ago

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 “用罗曼的星震学是可能的，因为我们不需要让望远镜来做任何它已经没有计划要做的事情” 。

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南希格蕾丝罗曼太空望远镜的描画。(Image credit: NASA)

一旦美国宇航局的南希格蕾丝罗曼太空望远镜在未来12到18个月内发射，它将处在它的朝向超越科学家最初期望的征途上。研究人员已经证实罗曼太空望远镜应该能够来测量跨30多万颗红巨星的表面巨大的地震波涟漪。

罗曼太空望远镜是一台测量望远镜，有一个像哈勃太空望远镜一样的8英尺（2.4米）的镜子，但一个100倍更大的观望。除研究暗物质和暗能量，罗曼太空望远镜的核心勘测之一将是银河系隆起时域勘测，其中在银河系的中心隆起的数百万颗恒星将被研究，原则上来寻找系外行星。想法是使用引力微透镜作为一个发现行星装置。引力透镜是在天体物理学中往往一种来研究遥远天体的技术；由于按照广义相对论空时翘曲的方式，太空中的一些巨大天体（例如星系团）翘曲附近旅行的光因此放大、扭曲和复制就像通过我们的望远镜看到的光一样的源。引力微透镜指更小尺度上的引力透镜，如一颗行星的那个。

在凸起中凝视着数亿颗恒星，罗曼太空望远镜将偶尔看到一些闪烁、暂时变亮为在移出一个对齐之前一颗看不见的前景行星的引力放大它们的光。然而微透镜并不是能造成一颗恒星的光来闪烁的唯一现象。恒星是恒定的、扭动着巨大的对流气泡上升到它们的沸腾的表面的质量。振荡也回响过它们的内部使它们震动起来。这些振荡的频率依靠一颗恒星的温度、结构和成分，当振荡突破到表面时它们能造成一颗恒星来暂时的、微妙地变亮。

研究这些恒星振荡的科学被称为星震学，振荡的频率能揭示它们被观测到的恒星的质量、尺寸和年龄。反过来，更好了解恒星能告知天文学家至于环绕恒星的行星的一些属性。

加州州立大学长滩分校的研究负责人特雷弗·韦斯在一份声明中说：“用星震数据我们将能够获得大量关于系外行星的宿主恒星的信息，这将给我们很多关于系外行星本身的洞察”。

通过观望过境狩猎了系外行星的开普勒太空望远镜能够做出15万颗恒星的星震学测量。在评估罗曼是否能够做到同样时韦斯的团队将开普勒数据集应用到罗曼的观测能力的模型。特别是他们发现了罗曼将擅长探测在红巨星上的恒星振荡，红巨星既发光（使它们更容易来探测）而且有一个高的振荡频率，一个周期范围从几小时到几天。这对罗曼的银河系隆起时域勘测是好匹配，该勘测将在六个70.5天时间段内每12分钟保持眼睛在银河系隆起中的数亿颗恒星上，这意味着它将被调谐到红巨星的振动上。

俄亥俄州立大学的品瑟涅诺特（Marc Pinsonenoult）说：“用罗曼的星震学是可能的，因为我们不需要让望远镜来做任何它已经没有计划做的事情。罗曼使命的力量是惊人的：它部分被设计来推进系外行星科学，但我们也为超出它的主要焦点的其他科学领域获得真的丰富的数据” 。

被星震学测量的红巨星尺寸的例子。太阳被包括来提供背景。(Image credit: NASA/STScI/Ralf Crawford (STScI).)

这个拥有超大质量黑洞人马座A*的凸起是银河系的最古老部分。它的许多恒星现在正在老化，偏离主序星演变（这就是当它们通过在核心氢聚变成氦产生能量时我们叫它们生命的阶段）。

靠离开主序星，一个质量小于8个太阳的太阳一样恒星演化中的下一个阶段是来扩张并成为一颗红巨星。初步估计罗曼可以观测到地震波的红巨星数量是29万颗，但更深入的分析发现了实际数量远更多。

韦斯说：“现在我们知道勘测将跟着一个12分钟节奏，我们发现它加强我们的数字到总共超过30万次星震探测”。依靠某些假设在它的观望视野内红巨星的总数可能高达648000颗，有358000颗在凸起中。

韦斯说：“这将是从来收集到的最大的星震样本。”。

了解宿主恒星的属性将告知天文学家关于他们发现的行星，例如它们是否处在宜居带中。这些观测还将提供至于行星系统的未来线索，当它们的恒星在扔掉它们的外层并留下一颗死的白矮星之前开始逐渐死亡被演变为一颗红巨星。这多快发生依靠恒星的质量。质量更大的恒星比质量更小的恒星活的更短。在扩张和扔掉阶段，任何靠近恒星环绕的行星将被摧毁。

在我们的太阳系的案例中，水星、金星和可能的地球都将注定要灭亡。然而，微透镜有一个能够来探测到离它们的恒星更远的行星的优势，远到足够在外也许幸存红巨星阶段。通过探测围绕红巨星的行星和这些行星的轨道，它将帮助天文学家更好了解什么命运将落在我们太阳系的行星上以及为了生存一个世界必须多远。天文学家已经注意到围绕红巨星的行星的不足，罗曼的发现将巩固我们的演变的行星系统的图片。

品瑟涅诺特说，“我们的工作将摆出整个群的统计属性——它们的典型丰度和年龄是什么——以便系外行星科学家能够放罗曼的测量在背景中”。

罗曼的星震发现不仅教我们关于行星系统，而且基于星震读数的恒星年龄将起一个银河系的历史的指南作用，特别是它的凸起。

品瑟涅诺特说：“实际上我们关于我们的银河系的凸起知道不多，因为由于所有交织的尘埃你只能在红外光中看它。那里可能有令人惊讶的群或化学模式。如果有埋藏在那里的年轻恒星会怎样呢？罗曼将为探究银河系中心的恒星群打开一扇完全不同的窗户。我准备好了被惊讶” 。

例如，如果罗曼测量更大质量的红巨星的振荡，一个年轻的恒星群体可能来见光。这是因为更大质量的恒星寿命更短，因此会更最近已经形成。

罗曼太空望远镜目前被定于2026年秋季至2027年5月之间发射。与此同时它的星震能力的新评估已被发表在 The Astrophysical Journal上