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首度在太陽系以外發現含有水冰雲的證據

臺北天文館_96
・2014/09/14 ・803字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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天文學家早就已知我們自己太陽系中的木星、土星、天王星和海王星等氣體巨行星的大氣中含有水冰形成的水冰雲(water ice cloud),但尚未在太陽系以外的天體上偵測到過。卡內基科學研究所(Carnegie Institution for Science)Jacqueline Faherty等人利用位在智利的Las Campanas觀測站以FourStar近紅外相機進行研究,首度發現系外天體也擁有水冰雲的證據。

Faherty等人利用FourStar近紅外相機監測已知溫度最低的棕矮星們,在3晚共拍攝了151幅的影像中,發現編號為WISE J085510.83-071442.5(縮寫為W0855)的棕矮星含有水冰雲。W0855最早由NASA發射至太空中的廣角紅外探測器(Wide-Field Infrared Explorer,WISE)偵測到,並在2014年初公布;這些極低溫棕矮星都非常昏暗,天文學家並不確定能否利用地面上的觀測儀器予以探測。但FourStar近紅外相機成功偵測到W0855且還確認它含有水冰雲,讓這些天文學家喜出望外。

棕矮星的質量比恆星小很多而無法點燃核心的核融合反應,所以天文學家並不把棕矮星當成是正式的恆星,但也不會把棕矮星當成是氣體巨行星。棕矮星的表面溫度差異頗大,從和恆星類似到與行星差不多者皆有,其質量則介在恆星與行星之間。它們之所以引起天文學家的興趣,是因為棕矮星有著恆星形成過程的線索,同時因表面溫度與行星差不多,但因數量繁多且比系外行星稍亮一些,亦即比系外行星容易偵測研究,所以可以將棕矮星的一些大氣性質套用到系外行星上。

W0855是離太陽系第4近的系統,以天文尺度而言,簡直就是太陽系的隔壁鄰居一樣。將Faherty等人的W0855近紅外影像,和棕矮星大氣理論模型加以比對之後,Faherty等人發現有硫化物和水等成分凍結成雲的證據。Faherty表示:雖然理論預測系外行星大氣中含有冰雲,且冰雲的存在相當重要,但在這之前,從來沒有實際觀測到過。這些難怪Faherty等人會如此激動了。

資料來源:2014.09.09, KLC
First evidence for water ice clouds found outside our solar system
First Evidence for Water Ice Clouds Found outside Solar System

本文轉載自網路天文館

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發現一顆年輕時和恆星一樣熱的Y型棕矮星
臺北天文館_96
・2014/08/27 ・1169字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 542 ・八年級
相關標籤: 棕矮星 (8)

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天文學家發現一顆極低溫天體,雖然它現在的表面溫度低到和行星差不多,但它可能曾有過多變多端的過往歷史,溫度變動極大,甚至可能在它年輕時有數百萬年的時間,表面溫度和一般恆星一樣熱。

這顆編號為WISE J0304-2705的極低溫天體,位在南天的天爐座方向,距離約在33~55光年之間,表面溫度僅有攝氏100~150度左右,是所謂的Y型棕矮星(Y dwarf)。Y型棕矮星是目前已知表面溫度最低的恆星類天體,讓恆星按溫度的光譜分類擴展成OBAFGKMLT。雖然WISE J0304-2705的溫度就介在金星和地球的表面溫度之間,但它們並不是類似地球這樣的岩質行星,反而比較類似木星這樣的氣體巨行星。

英國赫特福德大學(University of Hertfordshire)David Pinfield等人,利用廣角紅外巡天探測器(Widefield Infrared Survey Explorer,WISE)的觀測資料進行分析研究,最後發現這顆天體,因此其名稱中包含WISE,至於J0304-2705代表的則是這顆天體的赤經與赤緯座標。WISE採用中紅外波段進行觀測,波長比人類眼睛可見的還長,所以人眼不得見。發現WISE J0304-2705之後,Pinfield等人又利用8米雙子南望遠鏡(Gemini South Telescope)、6.5米麥哲倫望遠鏡(Magellan Telescope)和歐南天文台3.6米新技術望遠鏡(New Technology Telescope)等大型望遠鏡拍攝它的光譜,由光譜來估算它的表面溫度,並瞭解它的過往歷史。

到目前為止,已知的Y型棕矮星僅有20顆,WISE J0304-2705在其中是個特異份子,有著和其他Y型棕矮星不同的發射光譜特徵。Pinfield等人認為:從這顆棕矮星的化學組成或連同它的年齡來看,它可能是銀河系較老的成員星之一;這意味著它的溫度演化可能非常極端,開始時的表面溫度高達數千度,可是現在也頂多是杯沸騰茶水的程度而已。

WISE J0304-2705之所以會歷經這樣劇烈的冷卻史,是因為它是一顆所謂的次恆星天體(ub-stellar object),它的內部從未達到可點燃氫核融合反應的溫度,無法自行產生熱能,這讓它除了不具備正式的恆星資格外,也無法維持穩定的溫度,因此冷卻和變暗是它無可避免的命運。

如果WISE J0304-2705是顆年老天體,它的溫度演化將如右上圖所示(左上至右下):在最初2000萬年左右,它的表面溫度約為攝氏2800度,約與像比臨星(Proxima Centauri,半人馬座αC星或南門二C星)這類紅矮星(red dwarf)相當。1億年後,它冷卻到攝氏1500度左右,大氣中的矽酸鹽凝結成雲。10億年後,它的溫度降至攝氏1000度左右,低到讓甲烷氣體和水蒸汽得以主宰它的表面。數十億年之後的現在,它已逐漸冷卻到攝氏100~150度。

WISE J0304-2705的質量約僅為木星的20~30倍,大約介在最輕的恆星和典型行星之間。但若以溫度的觀點來看,它則是從類恆星狀態演變成類行星狀態。

目前並不確知Y型棕矮星的溫度下限,太陽系鄰近區域中或許可能有許多溫度更低的各式天體尚未被偵測到。WISE於2009年發射升空,2011年2月休眠,2013年12月喚醒後繼續工作,預定可再延長3年任務時間。利用它在紅外波段的優勢,或許這3年內又會帶給天文學家們更多的驚訝與震撼。

資料來源:

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發現離太陽系最近的獨立行星
臺北天文館_96
・2012/11/15 ・1460字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 552 ・八年級

法國天文學家Philippe Delorme等人利用位在智利的超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)和位在夏威夷的加法夏望遠鏡(Canada-France-Hawaii Telescope,CFHT),發現一顆不屬於任何恆星的疑似行星,正獨自在星際空間中流浪。這個天體距離太陽系僅約100光年左右,如果確認它是行星的話,那麼它將是離太陽系最近的獨立行星(free-floating planet,或譯為孤兒行星或自由行星)。這顆行星距離這麼近,又少了恆星過亮的光芒在旁干擾,提供天文學家一個特別的機會,可以直接且詳細地研究這顆行星的大氣狀況,並將研究結果應用在未來以儀器拍攝其他恆星旁的系外行星影像上。

獨立行星是行星級的天體,不似一般行星一樣,環繞某顆恆星公轉。以前也曾經發現過獨立行星,但之前的案例都無法確定這些獨立行星的年齡,因此無法確定這些天體究竟真的是行星,還是那有「失敗的恆星」之稱的棕矮星。

最新發現的這個天體編號為CFBDSIR J214947.2-040308.9,簡稱為CFBDSIR2149,這些研究學者從專門搜尋低溫棕矮星天體的CFHT棕矮星巡天計畫(Canada-France Brown Dwarfs Survey ,CFBDS)紅外觀測資料中先發現這個天體,之後才利用VLT做後續觀測分析,因此這個天體的編號為CFBDS計畫名稱+IR波段+天體赤經與赤緯座標的結果。

研究結果顯示CFBDSIR2149似乎位在銀河系內一個由年輕恆星組成的星流—劍魚座AB移動星群(AB Doradus Moving Group)中,劍魚座AB移動星群是離太陽系最近的移動星群,位在南天的劍魚座方向;移動星群內的恆星們一起朝一個特定方向漂流。一般認為星群內的恆星們應該是幾乎在同一時期內形成的,換言之,它們的年齡相差無幾。如果CFBDSIR2149真的與劍魚座AB移動星群有關,代表這個天體也很年輕。光從這一點,再結合更多這個天體的性質,包括溫度、質量及其大氣組成等,天文學家又可以說出一齣故事來。

由此可知,確認CFBDSIR2149和劍魚座AB移動星群的關係,確定CFBDSIR2149的年齡,是進行下一步研究的關鍵線索。在假設CFBDSIR2149與劍魚座AB移動星群的前提下,得出CFBDSIR2149的質量約為4~7倍木星質量,表面溫度約攝氏430度(與金星差不多),年齡則與劍魚座AB移動星群相仿,約5000萬~1億2000萬年左右。這是第一個在移動星群中找到的獨立行星級天體,這個與移動星群之間的關係,讓它成為天文學家眼中最有趣的疑似獨立行星。不過,也不能完全排除這個天體只是恰巧在劍魚座AB移動星群方向,與這個移動星群無關的可能性;不過研究學者們經由分析CFBDSIR2149的自行運動估算CFBDSIR2149與劍魚座AB移動星群有關的機率高達87%,有95%以上的機率是顆相當年輕的行星級天體,所以他們基本上已經認定它是移動星群的一份子了。

一般認為像CFBDSIR2149這樣的獨立行星的形成過程應該如同正常行星一樣,之後才因不明原因被踢出原本的行星系統;也可能是類似質量最小的恆星或棕矮星的形成過程,因而成為一個孤獨的天體,在太空中流浪。無論哪一種形成方式,都讓人心生疑惑。而現在,如果能確認CFBDSIR214確實是一個被原生行星系統拋棄的獨立行星,天文學家或許可以進一步重建並檢視這個行星從誕生到被拋棄的過程,或者也可藉之瞭解一般恆星的誕生過程到底可產生的恆星質量下限是多少。

天文學家們認為獨立天體可能為數不少,可能和正常恆星一樣多,甚至近期有研究顯示銀河系中獨立天體的數量是主序星的兩倍之多(請參見〈一拍個不見陽光的流浪星球〉〈孤兒行星的數量恐比恆星還多〉)。如果CFBDSIR2149與劍魚座AB移動星群無關,沒辦法透過移動星群瞭解它的本質與特性,那麼它可能就會被歸類為是小型的棕矮星。不過,無論是獨立行星還是棕矮星,都是瞭解行星和恆星如何形成和有何行為舉止的重要線索。

資料來源:Lost in Space: Rogue Planet Spotted? ESO [14 November 2012]

轉載自 網路天文館

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・2014/09/14 ・803字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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天文學家早就已知我們自己太陽系中的木星、土星、天王星和海王星等氣體巨行星的大氣中含有水冰形成的水冰雲(water ice cloud),但尚未在太陽系以外的天體上偵測到過。卡內基科學研究所(Carnegie Institution for Science)Jacqueline Faherty等人利用位在智利的Las Campanas觀測站以FourStar近紅外相機進行研究,首度發現系外天體也擁有水冰雲的證據。

Faherty等人利用FourStar近紅外相機監測已知溫度最低的棕矮星們,在3晚共拍攝了151幅的影像中,發現編號為WISE J085510.83-071442.5(縮寫為W0855)的棕矮星含有水冰雲。W0855最早由NASA發射至太空中的廣角紅外探測器(Wide-Field Infrared Explorer,WISE)偵測到,並在2014年初公布;這些極低溫棕矮星都非常昏暗,天文學家並不確定能否利用地面上的觀測儀器予以探測。但FourStar近紅外相機成功偵測到W0855且還確認它含有水冰雲,讓這些天文學家喜出望外。

棕矮星的質量比恆星小很多而無法點燃核心的核融合反應,所以天文學家並不把棕矮星當成是正式的恆星,但也不會把棕矮星當成是氣體巨行星。棕矮星的表面溫度差異頗大,從和恆星類似到與行星差不多者皆有,其質量則介在恆星與行星之間。它們之所以引起天文學家的興趣,是因為棕矮星有著恆星形成過程的線索,同時因表面溫度與行星差不多,但因數量繁多且比系外行星稍亮一些,亦即比系外行星容易偵測研究,所以可以將棕矮星的一些大氣性質套用到系外行星上。

W0855是離太陽系第4近的系統,以天文尺度而言,簡直就是太陽系的隔壁鄰居一樣。將Faherty等人的W0855近紅外影像,和棕矮星大氣理論模型加以比對之後,Faherty等人發現有硫化物和水等成分凍結成雲的證據。Faherty表示:雖然理論預測系外行星大氣中含有冰雲,且冰雲的存在相當重要,但在這之前,從來沒有實際觀測到過。這些難怪Faherty等人會如此激動了。

資料來源:2014.09.09, KLC
First evidence for water ice clouds found outside our solar system
First Evidence for Water Ice Clouds Found outside Solar System

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太陽系近鄰的棕矮星數量遠少於理論預期
臺北天文館_96
・2012/06/12 ・1390字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

天文學家對太陽系的鄰居瞭解的愈來愈多。我們的太陽位在銀河系盤面、距離銀河系中心約2/3遠之處,這是個寧靜的郊區,恆星數量普通,並不擁擠。天文學家最近利用美國航太總署(NASA)的廣角紅外巡天探測器(Wide-field Infrared Survey Explorer,WISE),在距離太陽系約30光年以內的近距離區域內,發現一個棕矮星( brown dwarf)家族。然而,經過估算分析後,科學家卻提出一個驚訝的結論:太陽系周圍的棕矮星數量比預期的還少很多!

WISE於2009年發射升空後,於2010年完成以紅外波段掃瞄全天一周的工作。此任務的主要科學任務之一,就是搜尋棕矮星。棕矮星是所謂的「失敗的恆星」,因其質量偏低,不足以點燃或維持核心的核融合反應,故表面溫度很低,黯淡而不易在可見光波段中觀察到,但利用WISE的強力紅外之眼則可讓它們逐漸現形。棕矮星是介在普通恆星和如木星般氣體巨行星之間的天體,瞭解棕矮星,也有助於瞭解這些天體的形成過程及其他特性。

先前估計:太陽系周圍應該會有許多棕矮星,但新WISE資料卻顯示:每6顆恆星,才有1顆是棕矮星。雖然失望,不過新資料亦提供科學家有關這些奇怪天體如何形成的線索,讓科學家得以瞭解棕矮星在銀河系、甚至銀河系以外世界中的分佈密度。

科學家認為:棕矮星可有數種形成途徑,其中之一是本來應該可以發展成正式恆星、但受到各式不同原因打壓而發育不良。可是,科學家仍不清楚這些打壓過程到底如何發生?

在WISE的幫助下,科學家在2011年8月宣布發現迄今已知表面溫度最低的棕矮星,一種新型的Y型棕矮星(Y dwarf),其中一顆Y型棕矮星的表面溫度僅約攝氏25度左右,和地球表面一般室內溫度差不多。(請參閱天文新知2011-08-28 WISE發現僅相當於人類體溫的最低溫類恆星天體)自此之後,WISE在太陽系周圍已經發現約200顆棕矮星,其中有13顆為Y型矮星。右上圖中,圈起者皆為距太陽26光年以內的棕矮星,其中藍圈為先前已知的棕矮星,紅圈為WISE新發現的棕矮星;圖中並將宇宙中最普遍的恆星—M型矮星增亮以使其更顯眼;背景中間偏左為獵戶座,昴宿星團則在影像右上角。

確認這些棕矮星的距離,是瞭解它們在太陽系周圍散佈狀況的關鍵。這些科學家利用三角視差法(parallax)小心地測量這些棕矮星的距離,確認其中33顆位在距離太陽26光年以內的範圍中;在此相同距離空間中,總共已知有211顆恆星,意味著恆星與棕矮星的比例約為6:1,遠低於原本理論預期的1:1。這個太陽系周圍棕矮星數量比預期還少的狀況,顯示每顆新發現的棕矮星,都是對瞭解我們所處環境的關鍵角色。

雖然這項分析研究成果仍顯粗淺,因為未來WISE必定還會發現其他Y型棕矮星,但想必再發現的數量也不會多到哪兒去,而且也不太可能比南門二(半人馬座Alpha星)還靠近太陽,頂多只能將恆星與棕矮星的數量比拉高到5:1或4:1,然而絕不可能達到1:1的程度。1:1的預期值,來自之前的2微米紅外巡天計畫(Two-Micron All-Sky Survey,2MASS)觀測值外插的結果,由WISE的資料來看,很顯然這樣的外插估算方式是不對的。

此番的新觀測資料也顯示:WISE還是有可能可以偵測到數光年以外、質量約數倍木星大的獨立行星(free-floating planet);雖然其他巡天計畫早已預期應有這些沒有環繞任何恆星公轉的獨立行星的存在,但始終未曾發現到過。不過這些在太空中漂流的行星天體非常暗,即使以WISE的能力而言,即使有可能偵測到這些暗天體,還是有點吃力。

資料來源:WISE Finds Few Brown Dwarfs Close to Home[2012.06.08]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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