没有什么比看到其他恒星周围的异星世界更诱人的了——也许有一天甚至可以近距离研究它们的大气层并绘制它们的表面地图。当然,这样的观测极其困难。尽管现在已知超过 4,000 颗系外行星,但其中绝大多数都太遥远和昏暗,以至于我们最好的望远镜也无法在它们宿主恒星的强光下辨别出来。然而,我们太阳系附近的系外行星提供了更容易成像的机会。而且,没有哪个世界比被认为围绕凉爽、昏暗的红矮星比邻星运行的世界更靠近我们——比邻星是距离我们太阳最近的恒星,距离为 4.2 光年。
2016 年,天文学家发现了该系统中第一颗已知的行星:大致地球大小的比邻星 b。但由于它与比邻星的距离非常近,轨道周期仅为 11 天,比邻星 b 不是成像的理想选择。相比之下,比邻星 c 提供了更好的机会。该行星于 2019 年宣布,基于有些间接的证据,该行星仍未得到证实。如果真实存在,据估计它比地球重几倍——所谓的超级地球或迷你海王星——并且以大约地球和太阳之间距离的 1.5 倍的距离绕比邻星运行。它的大小以及与恒星的距离使其成为当前和近期系外行星成像项目的诱人目标。现在,在一篇新的预印本论文中,该论文已被接受在《天文学与天体物理学》杂志上发表,一些天文学家表示,他们可能——仅仅是可能——已经设法首次看到了比邻星 c。
“这颗行星非常有趣,因为比邻星是一颗非常靠近太阳的恒星,”意大利帕多瓦天文台的拉斐尔·格拉顿说,他是这项研究的主要作者。“我们的想法是,由于这颗行星[远离]恒星,因此有可能通过直接成像来观察到它。我们发现了一个合理的候选者,看起来我们确实探测到了这颗行星。”
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去年,格拉顿和他的团队首次被意大利都灵天体物理天文台的马里奥·达马索提醒,有可能对这颗行星进行成像,达马索是关于比邻星 c 可能被发现的原始论文的主要作者。达马索和他的同事提出了比邻星 c 存在的证据,该证据基于其恒星的明显摆动,他们推断这是由一颗看不见的轨道行星的引力引起的。以这种方式确认一个世界的存在需要再次——又一次——看到相同的摆动发生,这个过程通常需要数月甚至数年。达马索想知道是否还有其他方法。因此,他要求格拉顿和他的团队查看来自欧洲南方天文台甚大望远镜 (VLT) 上的 SPHERE(高对比度系外行星研究光谱偏振仪)仪器的数据,看看他们是否真的能看到这颗行星。“一旦我们关于比邻星 c 的论文被考虑发表,我就联系了 [格拉顿],讨论将 SPHERE 推向极限的可能性,”达马索说。“[行星] 系统可能非常酷,值得尝试其他技术。”
如果您在盯着 SPHERE 数据时稍微眯起眼睛,神秘行星的图像似乎会浮现在眼前。通过关注比邻星 c 的预测位置以及它与其恒星在 SPHERE 的多个堆叠红外图像中的分离,格拉顿和他的同事能够从多年的常规观测中挑选出该行星的 19 个潜在外观。在这些候选探测中,有一个特别引人注目:它在图像中显得比他们的“噪声”——即来自伪影或背景恒星的杂散光——亮约六倍。“这是一个可能的候选者,误报的可能性很低,”日内瓦天文台的艾米丽·里克曼说,她是该论文的合著者。
如果该探测是真实的,它会引发有趣的问题。被认为是行星的物体质量至少是地球的七倍——大到足以将其牢固地置于超级地球类别之外。“这绝对是某种迷你海王星,”麻省理工学院行星科学教授萨拉·西格说,她没有参与这篇新论文。该物体似乎也比同等质量的行星亮 10 到 100 倍。研究作者认为,这种亮度可能源于行星周围的大量尘埃,可能是在一个巨大的环系统中,该环系统比土星的环系统大三到四倍。在一些人看来,这种情况似乎太奇怪了,难以置信。
“对于一颗相对古老的恒星来说,这将是一个巨大的环系统,”斯坦福大学天体物理学家布鲁斯·麦金托什说,他也没有参与这项工作。“像这样的事物当然有可能存在。但是,对于您第一次探测到这样的事物就拥有如此巨大的环系统,您必须假设宇宙中大多数海王星大小的行星都拥有比土星大得多的巨大环系统。而这似乎是一个不太可能居住的宇宙。”
如果真实,这一探测——这张图像——将对我们理解最近的邻近行星系统产生深远的影响。它将为我们提供比邻星 c 存在的确凿证据,并提供行星绕其恒星运行的角度,相对于我们自己的角度——仅通过观察恒星的摆动无法提供的信息。该探测几乎可以确保我们很快就能使用新一代强大的天文台(例如即将到来的欧洲极大望远镜 (E-ELT) 和 NASA 的广域红外巡天望远镜 (WFIRST))研究该行星的大气层。
也许更重要的是,确定比邻星 c 的位置也可能揭示比邻星 b 的轨道角度,因为行星预计会像我们太阳系中的行星一样在同一平面上运行。这些信息,加上比邻星 b 对其恒星造成的摆动,将告诉我们,这个世界的质量必须在地球质量的 1.5 到 1.8 倍之间,这将使我们能够改进关于其特征的理论。日本宇宙航空研究开发机构的系外行星科学家伊丽莎白·塔斯克说,这样的质量将“强烈地指向 [比邻星 b] 是岩石质的” ,她没有参与这项研究。除了我们已知比邻星 b 在其恒星的宜居带中运行,液态水以及我们所知的生命可以在那里存在之外,证明这个世界是岩石质的将使其跃升为任何天体生物学家最有希望的系外行星名单之首。
然而,如此壮观的可能性需要冷静的怀疑态度。事实上,这篇新论文的作者承认,他们的图像很有可能根本不是行星,而只是数据中的随机噪声。他们还指出,他们假定的行星的明显运动与早期对比邻星 c 位置的估计相冲突,这些估计是基于欧洲航天局盖亚航天器对比邻星的观测得出的。因此,其他天文学家正在以相当谨慎的态度对待这一潜在发现。“对我来说,很难得出结论,[这] 是一个决定性的探测,”NASA 艾姆斯研究中心的系外行星科学家塞恩·柯里说,他也没有参与这项工作。
不幸的是,目前全球范围内应对 COVID-19 大流行的封锁意味着暂时无法检查结果,因为世界上大多数天文台(包括 VLT)都无法运行。“明天就可以[确认或驳斥],但天文台都关闭了,”天文学家吉列姆·安格拉达-埃斯库德说,他领导了 2016 年比邻星 b 的发现,但没有参与这项新研究。立即跟进的时间不多了:在 7 月,比邻星将从我们的太阳后面消失,直到 2021 年 2 月才会再次出现。
因此,就目前而言,首次看到比邻星 c 的前景仍然是一个诱人但难以捉摸的可能性。即使事实证明这是一个海市蜃楼——天文上的误报——这种潜在的探测也不太可能抑制人们对进一步研究的热情。其他团队将使用即将推出的仪器再次尝试,这些仪器比 SPHERE 更先进,并在超大型望远镜(如 E-ELT)上运行。但是,如果探测是真实的,格拉顿说他对此有“三分之二”的信心,那么这将是首次历史性地瞥见一颗围绕离我们最近的恒星运行的行星。“如果这是真的,那就太令人兴奋了,”安格拉达-埃斯库德说。