在太陽最近的鄰居之一巴納德星周圍發(fā)現(xiàn)了4顆巖石系外行星 _美國

據(jù)美國太空網(wǎng)（Keith Cooper）：科學家們使用夏威夷強大的雙子座北望遠鏡上的專用儀器，證實了四顆圍繞巴納德星運行的小型巖石行星的存在，巴納德星是距離地球第二近的恒星系統(tǒng) 。距離我們只有六光年，所有的世界都太熱了，無法支持我們所知道的生命。
芝加哥大學的博士生Ritvik Basant解釋說，這一發(fā)現(xiàn)尤其令人興奮，他也是一篇關于這一新發(fā)現(xiàn)的論文的作者。他說，這是因為巴納德星本質上是我們的宇宙鄰居，但我們對它知之甚少。
多年來，有許多關于系外行星圍繞巴納德星運行的說法，可以追溯到20世紀60年代。巴納德星是一顆紅矮星，也被稱為M矮星，在迄今為止發(fā)現(xiàn)的任何恒星中，就其在夜空中可見的運動而言，它具有最快的自轉速度，這一點值得注意。

一位藝術家對圍繞巴納德星運行的世界之一的表面的印象。另外三顆行星可以在天空中看到。（圖片來源：國際雙子座天文臺/NOIRLab/NSF/AURA/P.Marenfeld）
最近，在2024年，天文學家使用智利甚大望遠鏡上的ESPRESSO光譜儀聲稱探測到一顆行星，并有證據(jù)表明還有三顆行星。現(xiàn)在，芝加哥大學Jacob Bean和Basant領導的一個團隊毫無疑問地證實了這四顆行星的存在。
巴桑特告訴Space.com：“巴納德星的接近使我們即使在惡劣天氣的夜晚也能觀測到它，因為它的亮度使它即使在次優(yōu)條件下也能被觀測到。這使我們能夠收集更多的數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)這些質量很低的行星。” 。
該團隊觀測中使用的一個關鍵工具是MAROON-X光譜儀，這是雙子座北部的一個訪問儀器。MAROON-X測量“徑向速度”——巴納德星圍繞其自身和四顆軌道行星共享的質心旋轉時來回的輕微擺動。它們的質量都比地球小得多。事實上，它們是迄今為止探測到的質量最小的系外行星之一。
系統(tǒng)中最里面的行星是行星d（行星按發(fā)現(xiàn)順序命名，而不是與恒星的距離），其質量僅為地球的26%，每2.34天繞巴納德星一周，距離170萬英里（280萬公里/0.0188天文單位）。接下來是行星b：2024年ESPRESSO數(shù)據(jù)中首次發(fā)現(xiàn)的行星。這顆行星的質量是地球的30%，每3.15天繞恒星一周，距離213萬英里（340萬公里/0.029天文單位）。
行星c是這群行星中的重量級行星，質量是地球的33.5% 。它圍繞巴納德星運行，距離為255萬英里（410萬公里/0.0274天文單位），軌道周期為4.12天。
前三顆行星僅通過MAROON-X觀測得到證實。為了確認第四顆行星e，MAROON-X數(shù)據(jù)必須與ESPRESSO的測量結果相結合，以揭示一顆質量僅為地球19%的行星，每6.74天繞巴納德星一周，距離356萬英里（570萬公里/0.0381天文單位）。
這些行星之間的距離非常緊湊，行星d和b之間只有372820英里（600000公里），行星b和c之間只有434960英里（700000公里）。相比之下，地球和月球之間的平均距離僅為238600英里（384000公里）。想象一下，有一顆行星就在我們家門口，距離我們只有兩倍！
然而，巴納德星周圍的事情就是這樣安排的。
與之形成鮮明對比的是，美國國家航空航天局的帕克太陽探測器實際上潛入了日冕，距離我們的太陽表面近390萬英里（620萬公里）。圍繞巴納德星的所有四顆行星的軌道都可以很容易地進入帕克太陽探測器的軌道。而且，為了進一步對比我們的太陽系和巴納德星行星系統(tǒng)，我們太陽系中離太陽最近的行星水星與太陽之間的平均距離為3600萬英里（5800萬公里）。
圍繞巴納德星的行星之間的微小間距也讓人想起圍繞紅矮星TRAPPIST-1的另一個世界系統(tǒng) ，其中七顆行星在其中心恒星575萬英里（926.7萬公里）的范圍內。
然而，像巴納德星這樣的紅矮星與我們的太陽非常不同。它的質量只有太陽的16% ，直徑只有太陽的19% 。因此，它的行星系統(tǒng)被縮小了。紅矮星也可能非常不穩(wěn)定，比我們的太陽更頻繁地噴出帶電粒子云和輻射耀斑，這可能會剝奪附近世界的大氣層。然而，紅矮星的活動確實會隨著年齡的增長而減少，巴納德恒星系統(tǒng)大約有100億年的歷史。
也就是說，迄今為止發(fā)現(xiàn)的行星都不適合我們所知道的生命存在，因為它們太近，太熱了。相反，巴納德星周圍的宜居帶將與更遠的世界重合，軌道周期在10到42天之間。到目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)離恒星那么遠的行星。
“根據(jù)目前的數(shù)據(jù)集，我們可以自信地排除任何在宜居帶內外邊緣附近質量超過地球質量40%至60%的行星，”sBasant說。。“此外，我們可以排除軌道周期長達幾年的地球質量行星的存在。我們還相信，該系統(tǒng)在合理的距離內不會容納氣態(tài)巨行星。”
MAROON-X在2021年至2023年期間收集了112個巴納德星的徑向速度測量值。與此同時，ESPRESSO記錄了這顆速度飛快但身材矮小的恒星的149次徑向速度測量值。這還不足以完全排除可能潛伏在宜居帶中的任何其他小行星的可能性。
巴桑特說：“我們還有2024年的其他數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)沒有用于這一發(fā)現(xiàn) 。” 。“如果我必須選擇一個數(shù)字，我估計再增加50個數(shù)據(jù)點將是實現(xiàn)當前儀器最佳靈敏度的理想選擇。”
MAROON-X是專門為測量紅矮星系統(tǒng)的徑向速度而設計的。對紅矮星的關注是雙重的。一個原因是，它們是銀河系中人口最多的恒星類型，占離我們最近的恒星的大多數(shù) 。其次，它們的小質量使得更容易檢測到由地球大小的巖石行星引起的運動擺動。放置在雙子座北等8米級望遠鏡上，能夠觀察到巴納德星等紅矮星更亮的近紅外區(qū)域，MAROON-X非常適合尋找這些縮小的行星系統(tǒng) 。
巴桑特說：“這一發(fā)現(xiàn)是多種因素共同作用的結果。” 。“如果我必須選擇一個，那將是MAROON-X和ESPRESSO等下一代儀器前所未有的精度。”
不幸的是，從我們的角度來看，巴納德星的四顆行星并沒有凌日，也沒有從它們的恒星前方經(jīng)過。這意味著我們無法觀測到二次日食（行星在恒星后面移動，使我們能夠從恒星和行星的組合光中減去恒星的光，只留下行星的光）或凌日光譜（如果行星有大氣層，星光會通過行星大氣層過濾，從而揭示可能存在的分子）。
然而，巴桑特說：“雖然這些行星不會凌日，但它們的熱輻射可以用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行研究，盡管這仍然具有挑戰(zhàn)性。” 。
與此同時， Basant、Bean和他們的團隊打算繼續(xù)尋找更多圍繞巴納德星運行的行星。畢竟，我們實際上是鄰居——是時候我們發(fā)現(xiàn)并了解隔壁的行星系統(tǒng)了。
該發(fā)現(xiàn)于3月11日發(fā)表在《天體物理學雜志快報》上。