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科學家觀察到類土星環系統的天體掩蔽遠方恆星的現象

來自美國羅徹斯特大學(University of Rochester)和歐洲的天文物理學家Eric Mamajek等人,在半人馬座方向發現一個與土星環類的有趣環系統。Mamajek等人認為很可能觀察到一個外觀與土星及土星環系統類似、正在形成衛星系統的系外行星。

Mamajek等人分析跨國的SuperWASP(Wide Angle Search for Planets)計畫和全天自動巡天(All Sky Automated Survey,ASAS)計畫的觀測資料,研究天蝎-半人馬星協(Scorpius-Centaurus association)中的年輕類太陽恆星的光變曲線(light curve),也就是天體亮度隨時間的變化。天蝎-半人馬星協是離太陽最近、近期已有大質量恆星形成的地區。不過,他們找尋的並非恆星本身的亮度變化,而是被恆星到地球之間任何其他天體遮蔽的可能性。

天文學家曾在2007年初觀測到一個編號為1SWASP J140747.93-394542.6的年輕恆星有為期54天的亮度劇烈變化現象;2010年12月,羅徹斯特大學研究生Mark Pecaut和Mamajek發現這應是個不尋常的掩食現象。經由電腦模擬與實際觀測結果比對之下,Pecaut等人排除這個亮度變化現象是由球形恆星或拱星盤掩蔽的可能性,認為由較小的伴星周圍類似土星光環的塵埃環系統造成的。這個編號為1SWASP J140747.93-394542.6的恆星,質量與太陽類似,但比較年輕,約僅1600萬年(相當於太陽系現在年齡的1/300),距離約420光年遠。

根據他們的研究,如果僅由球形天體通過這顆恆星前鋒,則亮度應會逐漸減暗,達到低點後再逐漸回升。1SWASP J140747.93-394542.6的光變曲線卻沒這麼規矩,而是很長、很深且複雜的掩食現象,掩食過程中,增亮與減暗數度交替出現。在最暗的一段時間,亮度至少比被遮蔽前少了95%。

這個光變曲線的型態與已被研讀過的仙王座EE星(EE Cephei)類似,顯示這個恆星應有質量不大的伴星。然而,它和仙王座EE星的光變曲線又有點不一樣,仙王EE是一顆大質量熾熱恆星,被伴星周圍濃厚的原行星盤遮蔽的結果,可是,其光變曲線中不似1SWASP J140747.93-394542.6的那樣,在被遮蔽過程中還有些微起伏。因此,Mamajek等人大膽假設1SWASP J140747.93-394542.6的塵埃盤不像仙王座EE的伴星那樣是濃厚而連續的樣子,而是像土星環那樣由許多不連續塵埃碎屑細環所組成的。

如果Mamajek等人的猜想為真,那麼這將是天文學家在太陽系以外,首度偵測到光環系統掩食類太陽恆星的現象,同時也是首度在極低質量天體(very low-mass object)周圍偵測到不連續的細薄塵埃環。不過,雖然看似解決了光變曲線起伏的問題,其他問題卻隨之而起:究竟這顆極低質量天體是個棕矮星還是行星?答案的關鍵,在其質量大小。

棕矮星質量一般在13~75倍木星質量之間,因質量不足以點燃或持續進行核融合反應,故無法成為一顆正式的恆星。若質量低於13倍木星質量,一般將認定是顆行星,所以它的型態和光學深度(optical depth,簡稱光深)可與土星環系統相比。

為了確認這個疑問,Mamajek等人計畫利用位在南半球的大型望遠鏡測量這顆恆星的徑向速度變化,也就是它受到伴星的重力拉扯的影響使其位置稍微移動的結果,另外設法利用遮罩法嘗試直接讓伴星的影像顯現出來,藉由這些觀測資料來估計伴星質量,或許能解決它究竟為棕矮星還是行星的本質問題。

除了天體本身的問題外,伴星塵埃環中有2個明顯的環縫(gap)。環縫的出現,通常意味著環縫中有個質量夠大的天體,其重力足以引起讓光環邊緣變得比較平整的「重力塑形(gravitational sculpting)」效應,如同土星環中的牧羊犬衛星一樣。不論是棕矮星還是行星,對Mamajek等人都一樣很有吸引力,因為他們認為:如果這顆伴星是恆星或棕矮星,那麼他們的團隊可能是觀測到恆星周圍的行星形成後期階段;若這顆伴星是類似土星的巨行星的話,那麼則可能是觀測到行星周圍的衛星形成的過程。

假若這個塵埃環的光深隨質量變化的方式的確如Mamajek團隊認為的與土星環類似,那麼這個塵埃環的總質量將與月球差不多。最外側的環距離中間的天體約數千萬公里遠,所以光環的總質量和大小都比土星環大一些。根據觀測結果,這個塵埃環至少含有4個不連續的環,分別被命名為「羅徹斯特(Rochester)」、「薩熱蘭(Sutherland)」、「坎帕納斯(Campanas)」和「托洛洛(Tololo)」,這些名稱的來源,是首度觀測到1SWASP J140747.93-394542.6系統掩食現象以後續觀測用以分析的天文臺名稱。

由於到目前為止,這類事件仍相當罕見,Mamajek等人希望未來能從新的巡天計畫觀測資料中找到更多年輕恆星被正在形成衛星的行星環或正在形成行星的恆星拱星環掩蔽的事件,藉此認識巨行星的衛星系統形成的早期演化階段的狀況。

資料來源:Scientists Discover a Saturn-like Ring System Eclipsing a Sun-like Star[2012.01.11]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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