天文學家在十幾年的陳年哈柏資料中發現隱匿的系外行星

2011/10/10 |

太空天文

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天文學家不辭辛勞地重新分析哈柏太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）於1998年觀測的舊資料，結果在其中發現2顆當時還沒發現的系外行星。在這些陳年資料中發現隱匿的瑰寶，讓這些天文學家得以將系外行星的軌道資料前推，能計算出更精確的行星軌道，同時顯示哈柏資料庫中的舊影像資料仍是無價之寶，必定還有許多新發現等待其中。相關論文發表在天文物理期刊（Astrophysical Journal）中。

距離約130光年遠的大質量恆星HR 8799旁，已知有4顆像木星一樣的氣體巨行星（gas-giant planet）環繞。前3顆行星是加拿大國家研究委員會（National Research Council）Christian Marois等人在2007年和2008年，經由凱克天文台（W.M. Keck Observatory）和雙子北天文台（Gemini North），在近紅外波段發現的。Marois等人後來又於2010年發現第4顆、且位在最內側的行星。這是到目前為止，

加拿大蒙特婁大學（University of Montreal）David Lafreniere於2009年時，在哈柏1998年利用近紅外相機和多天體光譜儀（Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer，NICMOS）觀測HR 8799的舊資料中，發現原本沒看到的系外行星，確認了4顆中最外側行星的位置。這項發現，證明利用新的資料處理技術，能發現幾乎被母恆星明亮光輝掩蓋的昏暗行星。天文學家唯一能直接拍到系外行星身影的多重行星系統（multiple-exoplanet system）。

美國太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）Remi Soummer分析了同一批NICMOS資料，結果是最外側3顆系外行星被通通找出來了。第4顆最內側行星距離它的母星只有24億公里，剛好在NICMOS日冕遮罩的邊緣而被母星光輝遮蔽，無法顯現出來。

在相隔數年的好幾幅影像中找到系外行星，就可以追蹤這些行星的軌道。由於大質量行星會擾動每顆行星的軌道，所以若能深入瞭解這些行星的軌道形狀後，便可瞭解多重行星系統的行為模式，或更進一步地瞭解行星系統的穩定度、行星質量和離心率、以及行星系統的傾角等。

目前最外側3顆氣體巨行星的軌道週期分別約100多、200多和400多年。這意味著天文學家得等上很久，才能看到這些行星如何沿著軌道移動。所以，哈柏資料至少讓軌道資料增加10年，可是幫了大忙呢！沒有哈柏資料，天文學家得再等上10年才有類似的成果，那麼這10年間，對HR 8799系統的瞭解就等於一片空白了。其中，雖然10年對最外側的行星而言變動很少，但對第3遠的行星就可見到一點軌道變化，第2遠的變化更多。

之所以1998年觀測時沒在第一時間發現這些行星，是因為當時的分析技術仍不夠好，雖然將母星的光輝減去一些，但仍不夠暗到讓這些行星都能呈現出來。其中第2遠和第3遠的兩顆行星，近紅外亮度只有母星的1/100,000而已。Lafreniere發展了一套新的分析技術，利用一套更精確的參考星資料，能將中央母恆星的光輝移除得比較乾淨。Soummer團隊沿用Lafreniere的方法，並更深入的利用NICMOS 10幾年的466幅參考星影像資料庫來處理HR 8799影像，並增加對比以縮小殘餘的母星光輝影響力，如此一來，幾乎完全移除HR 8799母星的繞射條紋，所以才能獲得更好的結果。

Soummer下一步計畫利用相同方式來分析NICMOS資料庫中另外近400顆恆星，將最後的影像品質提升到目前的10倍左右。他現在已經從這些資料中列出一個行星候選者清單，未來將繼續利用地面望遠鏡進行確認。

哈柏發射升空至今已超過20年，累積的影像和光譜資料之龐大，若能善加處理，必定能呈現更多新發現與新成果。

資料來源：Astronomers Find Elusive Planets in Decade-Old Hubble Data

轉載自台北天文館之網路天文網網站