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銀河系行星數量遠多於恆星

2012/01/19 | | 標籤:

行星在銀河系中,算普遍嗎?過去我們相信地球的條件在銀河系中相當獨一無二,不過,最新研究結果帶來不同觀點:銀河系裡,質量與地球相近,繞行恆星周圍運轉的行星,總共數量恐怕不下幾十億!擁有一個以上行星的恆星不是特例。研究學者是藉由「重力透鏡法」證實,在繁星似錦的銀河系裡,平均每個恆星至少都有一顆行星伴隨在側。

過去16年,天文學家一共偵測到700多顆系外行星,並且已經開始透過分析它們的光譜和大氣這些方法加以一一探索,無庸置疑地,個別地探究這些系外行星具有哪些特徵,顯然有其重要價值。但有個更基本的問題,人們始終好奇依舊:在我們自己的銀河系中,行星的存在,很普遍嗎?

大多數已知的系外行星藉兩種觀測方法得知它們確實存在,一是偵測到主星對行星因重力拉扯帶來的效果(徑向速度觀測),或者因系外行星經過主星前,導致光度下降,並由望遠鏡精確捕捉到這一短暫時刻發生的「凌日事件」。兩種方法很大幅度都會因為比較容易偵測到質量大或者距離恆星近的行星而結果受到左右-許多行星是用這兩種觀測方法都看不到的!

最近在「自然」雜誌上發表論文的一群國際天文學者團隊,則以另一種方式進行著系外行星觀測研究,這種方式可以偵測到質量範圍更廣、質量大小不同的行星,並且,即便行星與母恆星之間的距離再長,觀測也不受限,這種方法叫做:「微重力透鏡」觀測。

該團隊的主要研究員Arnaud Cassan表示,藉由這種「微重力透鏡」觀測法,從2002到2007的6年當中,他們蒐集到許多和系外行星相關的證據,其中最顯著的發現是,在銀河系裡,行星數量遠比恆星更多、更普遍,並且他們還發現,質量大於地球的「超級地球」和「冷海王星」兩類行星, ,在銀河系裡其實數量很多,遠比巨型行星更為常見。(「超級地球」類的質量大約是地球的2~10倍;「冷海王星」類行星質量約地球10~20倍,以「冷」字代表其軌道離主要恆星甚遠,溫度極低)

在「探索透鏡異常網」(PLANET:Probing Lensing Anomalies NETwork)和光學重力透鏡實驗(OGLE:Optical Gravitational Lensing Experiment)團隊支援下,Arnaud Cassan等人的團隊進行了微重力透鏡觀測的後續追蹤。微重力透鏡這種觀測的原理是:如果行星位於主恆星的重力場中,也就是所謂的透鏡區時,經過透鏡的效應,行星會放大背景恆星所發出的光,這種光度放大的結果如果夠明顯, 望遠鏡便可以偵測得到。(PLANET團隊在這個研究中的任務是:針對一些「後續探索價值較高」的微重力透鏡事件,藉由南半球分布在不同經度上的望遠鏡所形成的網路,執行後續跟蹤,這些望遠鏡的位置從澳洲到南非到智利都有。)

微重力透鏡是一種強大工具,用來偵測系外行星時具有其他觀測技術望塵莫及之優點。但是背景星和構成透鏡效應恆星之間必須連為直線,這是微重力透鏡事件能被觀測到的第一要件,如果要在微重力透鏡事件發生時看得到行星,那就近一步必須要「連行星的軌道也能對齊形成一直線」,如此一來,觀測到的機率便更加低微。

誠如上述,儘管以微重力透鏡法來尋找行星如此不易,但在總計6年的觀測資料中,研究團隊分析後竟得到了3顆系外行星的資料,這3顆系外行星分別代表三種不同質量等級:一顆屬於「超級地球」類,一顆則質量相當於海王星,還有一顆質量相當於木星。以微重力透鏡所需的機率條件來看,這種結果簡直像是中樂透一樣的超級幸運。或者,你也可以換成另一種看法:銀河系中行星的數量本來就是這麼多,閉著眼睛簽,也會簽到中獎號碼。

天文學家於是將三個得到正面觀測結果的系外行星資料拿來和先前的7次觀測合併,並且將6年觀測總資料裡的無明顯訊號觀測結果也一併放在資料庫中分析 (研究團隊表示,以本案為例,無明顯訊號的觀測結果在統計資料中的重要性和觀測有結果的資料同等重要。)經過分析,他們的結論是:在總共6顆恆星中,其中一顆擁有質量近似木星的行星,其半數具有質量接近海王星的行星,2/3則具有質量大小屬「超級地球」範圍的行星。該調查中對行星質量和距離所設的標準是:距離母恆星7500萬公里到15億公里(以太陽系為例,這個範圍含括了從金星到土星),質量範圍:從地球5倍起跳,直到木星的10倍。

綜合各種資料後的結論是,他們強烈主張:平均起來,每個恆星所擁有的行星數量應大於一:「這是普遍定律而非少數例外。」

Daniel Kubas結論說:過去我們以為,地球在銀河系中是多麼特別的不同。不過現在看來,質量和地球相近而環繞於母恆星周圍的行星,在我們這個銀河系裡,恐怕有數十億個那麼多!

加州大學厄灣分校Virginia Trimble發表評論時表示,「在我手上有一張清單,上面列了可以用來找系外行星的方式一共17種,目前只用上了5種,未來,找到更多行星應該不太意外。」(Lauren譯)

資料來源:中研院天文網[2012.01.13]

轉載自台北天文館之網路天文館網站


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