銀河系紅矮星的適居區中的岩質行星數量可能達數百億顆

2012/04/07 |

太空天文

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一項最新研究結果顯示：大小與地球類似的岩質系外行星（rocky planet）在銀河系紅色恆星（red star）周圍的適居區（habitable zone）中非常普遍，數量可能高達數百億顆，甚至可能在很靠近太陽的鄰近恆星周圍就有100顆左右。這是首度直接測量紅矮星（red dwarf）周圍超級地球的出現頻率，這項研究幾乎涵蓋了銀河系80%左右的恆星，因此可信度應該相當高。

法國Grenoble宇宙科學觀測站（Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble）Xavier Bonfils等人，使用歐南天文台（ESO）位在智利La Silla觀測站的3.6米望遠鏡，加上HARPS光譜儀，直接測量來自紅矮星周圍的行星所發出的光。先前使用不同觀測方式、靈敏度不若這次的研究結果已顯示銀河系中的行星相當普遍。而HARPS研究團隊僅針對銀河系數量最多的恆星—紅矮星來研究。紅矮星又稱為M型矮星，這類恆星表面溫度比太陽低很多，相當昏暗，但壽命極長，天文學家估計銀河系所有恆星中，有80%都是紅矮星，相當於1600億顆左右。而這些銀河系紅矮星中，約有40%左左右在其適居區中存有超級地球，此處的水可以液態存在於岩質行星表面，這意味著單就銀河系而言，岩質行星的數量就有數百億顆。

Bonfils等人挑選了102顆紅矮星樣本進行監測，HARPS光譜儀可測量恆星光譜，從是否有譜線來回移動來尋找系外行星，這稱為都卜勒效應法（Doppler effect method）或徑向速度法（radial velocity method）。在長達6年的監測工作期間，共發現9顆質量約1～10倍地球質量的超級地球（super-Earth）。其中的Gliese 581和Gliese 667 C各有一顆位在其適居區中。天文學家可以藉由這些觀測資料來估計這些行星的質量，以及距離它們母星多遠等。

經綜合各項觀測資料，包括那些沒有行星的恆星資料，看看已發現行星的恆星比例是多少，這些天文學家因而能估計銀河系紅矮星周圍各種不同型態的行星有多普遍。結果發現紅矮星適居區出現超級地球出現的高達41%，誤差範圍在28%到95%之間。另一方面，質量約100～1000倍地球質量的木星級或土星級系外行星，在紅矮星周圍出現的頻率並不高，僅有不到12%的紅矮星擁有這類巨行星。

Bonfils等人設定以10秒差距（相當於32.6光年）為「太陽系鄰近區域」的範圍，估計顯示此範圍內可能有100顆的超級地球位在紅矮星適居區內。適居區是恆星周圍一個溫度恰好可讓液態水存在於行星表面的帶狀區域，如果岩質行星位在適居區中，且其表面又有液態水，那麼可能是個適合生物生存發展之地；而紅矮星因為表面溫度比太陽低，因此紅矮星的適居區比地球的還靠近其母星。然而，紅矮星表面常見閃焰爆發，可能讓其行星處在X射線或紫外輻射的籠罩下，讓生命存在的可能性又降低不少。

HARPS系外行星巡天工作發現的其中一顆紅矮星系外行星Gliese 667 Cc，是在Gliese 667 C行星系統中第二顆發現的行星。這顆行星幾乎恰好位在Gliese 667 C適居區的中間，表面有液態水的可能性非常大，其質量雖約為地球的4倍重，但已是迄今發現最類似地球環境的行星。它是繼Gliese 581d之後，HARPS巡天工作第2個在紅矮星適居區中發現的超級地球。而Gliese 667本身又是個三重星系統，在Gliese 667 Cc上也可見到Gliese 667 A和B兩顆恆星，如頁首的藝術家想像圖所見。

但在新的HARPS巡天工作估算結果出爐後，天文學家已確定銀河系紅矮星適居區中的超級地球數量非常龐大，所以顯然未來HARPS巡天工作必定可以找到更多這類行星。有些這類行星恰好會從其母恆星前方通過，造成行星凌日現象，天文學家還可藉此研究行星大氣，並趁機搜尋可能的生命特徵。

資料來源：Many Billions of Rocky Planets in the Habitable Zones around Red Dwarfs in the Milky Way, [2012.03.28]

轉載自台北天文館之網路天文館網站