引力介透镜和搜寻系外行星

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


它充满了透镜...

当天文学家谈论寻找系外行星的方法时,列表相对较短。有径向速度或“摆动”技术,它可以感知恒星围绕与其行星的共同质心运动。还有凌星技术,NASA的开普勒任务非常成功地使用了该技术,还有直接成像和相位光度技术——具有挑战性的观测,旨在寻找实际从行星发射或反射的光。然后是引力透镜,即前景恒星及其行星的质量引起的时空扭曲对来自遥远恒星的光的偶然放大——由于任何世界与恒星透镜场中的正确位置紧密对齐,会产生独特的“闪烁”或亮度尖峰。

引力微透镜涉及透镜系统中的行星的草图(NASA,ESA,K. Sahu STScI)


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这种光子路径的引力扭曲形式被称为“”,因为恒星的典型排列和质量会导致微小的图像;虽然背景物体的光可能会被大大放大,但我们无法直接看到其扭曲的图像,它的光与“透镜”恒星的光融合在一起,仅在弧秒的千分之几之内。当行星足够靠近最大放大区域,即爱因斯坦环时,行星绕透镜恒星的引力效应会被有效放大,但其效应也仅被视为到达我们望远镜的额外和不对称的光子增强。

但这里的关键短语是“典型排列”。鉴于银河系引力阱内所有物体的无尽运动导致的两颗恒星之间相隔遥远的对齐是罕见的,我们看到的大多数此类事件发生在彼此之间非常遥远的恒星之间——可能超过我们与银河系中心之间距离的一半。在这些遥远的距离(数千光年)上,我们无法测量透镜恒星(或其潜在的透镜受害者)相对于其他恒星的运动,因此不知道任何给定的恒星何时或是否会放大直接在其后面对齐的物体的光。然而,对于近得多的恒星,情况则大不相同。我们不仅可以使用仔细的高精度天体测量学获得它们的“自行”,而且它们周围最适合放大背景物体的区域在角直径上要大得多,它是“介观”而不是微观。

因此,引力透镜开启了许多有趣的可能。首先,正如Lepine和Di Stefano,以及Di Stefano,Matthews和Lepine最近发表的三篇精彩论文中所讨论的那样,可以预测附近的透镜恒星何时会移动到足够靠近远处物体的位置以放大它,并且较大的透镜角度可能会导致背景恒星的视位置以及其亮度发生可直接测量的偏移。如果透镜恒星周围也有行星,则事件的可预测性可能使我们能够捕捉到我们可能错过的较大轨道上世界的早期或晚期透镜特征。透镜角度的较大尺度也为探测任何近距离、非常短轨道周期的行星的影响提供了独特的探针。锦上添花的是,附近的恒星更适合进行详细的天文测量,以估计它们的真实质量——透镜的真实强度。

点击此处查看VB 10在天空中移动(NASA/JPL-Caltech/Palomar)

那么这能做到吗?作者指出了一个具体的案例;物体VB 10是一颗低质量恒星(可能只有太阳质量的十分之一),距离仅19光年。VB 10以大约每秒40公里的横向速度“掠过”天空,每年的角位移非常小但可测量(请参见此处左侧的动画)。早期的哈勃太空望远镜图像显示在其路径中有一个小的、微弱的物体——一颗遥远的背景恒星,在2011年末/2012年初正朝着VB 10的透镜区域前进。VB 10是否产生了引力介透镜效应?我们正在等待作者关于他们观察任何可能事件的努力的报告。这不是一个最佳案例,快速移动的附近透镜无法提供最佳的因素组合,但这确实是可能成为搜寻系外行星的新工具的先驱——欢迎加入引力介透镜的行列。

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