天体课程:冥王星最小的邻居们被证明难以寻觅

在冥王星之外的太阳系柯伊伯带中识别微弱天体的努力大多徒劳无功


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几十年来,冥王星,后来又加入了它的卫星卡戎,在天文学家绘制的太阳系图中独自占据了广阔的区域——在海王星之外,在长期假设的被称为柯伊伯带的碎片带中,没有其他已知的天体存在。但在 1992 年,两位天文学家发现了 1992 QB1,这是一个直径约 200 公里的天体,它在距离太阳约 65 亿公里的地方绕太阳运行,远远超出海王星的轨道。柯伊伯带,由太阳系形成过程中的残余物构成,似乎是真实存在的。

自那次发现以来,数百个大型天体,其中大多数直径超过 100 公里,已经在柯伊伯带中被发现,包括一些大致与冥王星大小相当的天体,这些天体促使人们重新定义了“行星”一词,并将冥王星降级为矮行星。(冥王星的直径约为 2300 公里。)但是,最小的柯伊伯带天体(KBO)一直难以捉摸。尽管它们应该数量众多,但还没有直接观测到小于约 30 公里的天体。天文学家希望了解带中所有天体的大小分布——这些信息将有助于描述天体的成分和碰撞历史——但今天的望远镜根本无法分辨出最微弱的 KBO。

因此,许多观测项目采取了一种不同的策略,试图通过监测背景恒星来识别小的 KBO,寻找由于遥远天体 crossing 恒星与地球之间的视线而可能导致的亮度突然下降。这些所谓的掩星巡天是目前天文学家解析柯伊伯带最小组成部分的最佳机会。

但即使对于这些掩星巡天,发现也很难得。2009 年 12 月,由加州理工学院的 希尔克·施利希廷 领导的研究团队在《自然》杂志上发表了对哈勃太空望远镜档案数据的分析。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)施利希廷的研究小组在 4.5 年的观测中只发现了一次掩星,是由一个直径约为 1 公里的 KBO 引起的。在四月份的《天文学杂志》上,一个小组报告说,在地面上的台湾-美国掩星巡天(TAOS)3.75 年的观测中,根本没有发现掩星。(后一项研究虽然持续时间较短,但实际上收集了大约是哈勃观测活动 40 倍的“星时”。)

位于加利福尼亚州圣巴巴拉市拉斯昆布雷斯天文台全球望远镜网络的博士后研究员,也是这篇新论文的第一作者 费德里卡·比安科 说,TAOS 应该对公里大小的 KBO 敏感。比安科说,哈勃研究的少量发现和 TAOS 的空网,“证实了与几年前人们天真地认为的相比,该区域缺乏天体”,在其他搜索一无所获或几乎一无所获之前。TAOS 科学家 马修·莱纳,台湾台北中研院天文及天文物理研究所的天文学家指出,当该项目设计时,微弱 KBO 的稀缺性尚未广为人知,TAOS 可能被期望探测到数千次掩星。

哈勃和 TAOS 的巡天,以及它们的前身,表明某种机制似乎抑制了直径约为一公里到数十公里的 KBO 的数量,相对于从观测到的大型 KBO 的数量向下推断所预期的数量。“物理上,这意味着这些物体很脆弱,”比安科解释说——太阳系演化过程中的碰撞将它们磨碎成更小的碎片,掩星巡天无法探测到这些碎片。斯科特·凯尼恩,哈佛-史密森天体物理学中心的理论家,他构建了行星形成的数值模型,也赞同这一评估。“这项观测和哈勃的观测都证实了这样一个想法,即在太阳系的早期,你制造了大型天体,然后随着系统的老化,较小的天体碰撞并被摧毁,”他说。凯尼恩补充说,如果下一代天文台,如 詹姆斯·韦伯太空望远镜 可以探测到直径仅为几分之一公里的 KBO 的分布,那将表明 KBO 有多么脆弱或松软。

加州大学洛杉矶分校的天文学家 大卫·朱维特,1992 QB1(除冥王星和卡戎之外的第一个 KBO)的共同发现者之一,说 TAOS 正在大海捞针。“这不是一个容易的测量,”朱维特说。“值得称赞的是,他们已经完成了这项工作,并且报告说什么也没看到。但是对于大海捞针的项目,我总是怀疑他们什么也没看到,是因为根本没有东西可探测,还是因为他们错过了小型 KBO 会引起的罕见且短暂的亮度下降。”朱维特补充说,研究人员已经很好地保护了自己免受后一种可能性,“但你永远不知道。”

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