系外卫星让天文学家捉摸不透——暂时如此

研究人员可能已经瞥见过第一个已知的系外卫星——一颗围绕另一颗恒星运行的行星的卫星;但对这一潜在发现的证实可能还需要很多年

艺术家描绘的系外卫星候选者开普勒1625 b I,在它的恒星面前拖着它的宿主行星。

关于系外卫星死亡的报道可能被大大夸大了。4月下旬,三位天文学家认为,目前为止最好的系外卫星候选者——一颗在另一个行星系统中绕世界运行的卫星——实际上并不存在,而是一个统计上的幻影。该候选者的最初发现者不同意,认为情况远未结束。唉,目前,这场辩论陷入僵局:无论如何,对这颗系外卫星的明确肯定或否定可能还需要数年时间。

2018年10月,来自纽约哥伦比亚大学的天文学家亚历克斯·蒂奇和戴维·基平表示,他们可能发现了第一个已知的系外卫星,一颗海王星大小的世界,它围绕着位于开普勒-1625系统中约8000光年之外的气态巨行星运行,被称为开普勒-1625b I。利用2017年10月收集的哈勃太空望远镜的观测结果,这一发现将为寻找更多这样的世界打开大门,其中一些甚至可能是宜居的。“当时,对证据的最佳解释是那里存在一颗卫星,”蒂奇说。

然而,在2019年2月,来自德国马克斯·普朗克太阳系研究所的雷内·海勒和他的同事发布了他们对数据的独立分析。他们认为,潜在的系外卫星信号——在气态巨行星“凌日”穿过恒星表面时产生的较大凹陷之后,像狗的皮带一样拖尾的恒星光线的额外凹陷——很可能根本不是卫星。相反,他们认为类似系外卫星的凹陷实际上是系统中另一颗阴暗行星的凌日。“我会说这种解释听起来比系外卫星的解释更可能,”海勒说。


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现在出现了一个新的转折,来自马萨诸塞州哈佛-史密森天体物理中心的劳拉·克雷德伯格和同事的另一项独立分析。在一篇发布在预印本服务器arXiv上的论文中,他们重新检查了蒂奇和基平使用的哈勃数据,根本没有发现恒星光线中的第二个凹陷。“我不相信这颗特殊的系外卫星是真实存在的,”克雷德伯格说。她认为蒂奇和基平在他们最初的分析中是错误的,并且最好把精力放在寻找其他恒星周围的系外卫星候选者上。这种差异的出现是由于哈勃观测难以达到必要的精度水平,从而无法区分随机波动(在星光或仪器性能方面)以及与即使是最大可能的系外卫星相关的微弱但真实的信号。辨别差异是一项使用复杂且计算密集型的数值模型进行的猜测。

即便如此,所有三篇研究论文都证实了行星的凌日时间变化(TTV)——这一发现可以说有利于系外卫星假说。换句话说,行星的凌日开始时间比基于其已知轨道预期的要早一些。这表明它正在受到另一个物体的引力拖拽,可能确实是一颗系外卫星或另一颗行星。此外,海勒的结论与蒂奇和基平的结论重叠,即海勒也看到了恒星光线中真实凹陷的证据;在检查数据的三篇论文中,只有克雷德伯格的论文认为凹陷是虚假的。

不幸的是,再次使用哈勃观察这个系统的尝试均告失败;蒂奇和基平最近请求在望远镜上获得更多时间来研究2019年5月开普勒-1625b及其潜在系外卫星的下一个预测凌日,但遭到拒绝。“哈勃的观测时间总是竞争激烈,”位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所科学副主任尼尔·里德说,该研究所负责分配哈勃的观测时间。“总是有两倍于[我们]希望看到的观测建议,但我们没有足够的轨道来支持。”基平指出,未能获得额外的哈勃时间是有问题的,因为潜在系外卫星的后续凌日发生的时间越晚,就越难预测。

不过,并非所有希望都破灭了,因为仍然可以使用一种称为径向速度的方法来否定系外卫星假说。这涉及到精确测量恒星的位置,并寻找由于其他物体的引力拖拽而导致其位置出现明显摆动。如果正如海勒所认为的那样,一颗尚未证实的行星导致了开普勒1625的星光中出现类似系外卫星的凹陷,那么径向速度测量最终应该会探测到该行星对恒星的摆动影响。“我想我们肯定会知道它是否存在,”蒂奇说,尽管他指出我们可能需要10到15年才能得到答案。

整个故事突显了寻找这些世界的巨大困难,因为与它们的母星和行星相比,它们相对较小的尺寸使得它们难以被发现。来自以色列海法理工学院的尤里·马拉穆德指出,我们目前的技术根本还不够好,无法找到它们中的大多数。但系外卫星搜寻的未来仍然光明,即使开普勒-1625b I的前景黯淡。很快,新一代大型天文台,如巨型麦哲伦望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜将开始它们的星空观测,为正在进行的搜寻带来前所未有的灵敏度和精度。“十年后,我们可能会有数据让所有这些东西都过时,”蒂奇说。“但你不会等待那些巨型望远镜。我们利用我们现在拥有的东西,看看我们能做什么。”

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