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行星带动恒星的心跳

原标题:行星带动恒星的心跳

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行星带动恒星的心跳

气体行星HAT-P-2b以极其椭圆的运行轨道围绕着它的恒星运动,周期大约是5.63天。虽然它的质量只有百分之一恒星的质量,但是研究者们发现它们之间的潮汐力足够强大,以至于能使恒星的光度发生有节奏的波动。

长期以来天文学家们只能通过十分椭圆的双星系统来了解恒星的光度波动。现在科学家们首次证实了,恒星的行星也能使其光度发生有节奏的变化。

通常情况下一颗行星对其恒星不会有很特别的影响。但是,如果一颗行星特别的大或距离特别近,那么在地球上的天文学家看来,行星会给恒星带来了一些晃动。因为它们围绕公转的重心偏离了恒星的中心一段距离。通常的系外行星都是这样被发现的。但是一颗行星若是对于其恒星有一些特别的作用力,现在看来几乎是不可能的。

虽然科学家们已经考虑过,在我们的太阳系中是否存在行星—或者说至少质量最大的木星—能够影响太阳以及会对太阳带来哪些影响。关于太阳活动和行星之间的联系的争议由来已久,比如说行星的转动惯量对太阳黑子的影响。然而至今为止并没有令人信服的提议,而且除此之外行星太小以至于不能影响到他的恒星。

是,或者不是?

这个规则对于HAT-P-2b并不那么合适,就像美国麻省理工大学的Julien de Wit在学术期刊《天体物理周刊》上发表的一样。这颗行星能够有节奏的带动它的恒星,而且这个节奏就如同心跳一般。为了得到这个结果,de Wit的团队在微波波段对目标恒星细微的光度波动进行了350个小时的观察。从2011年到2015年,斯皮策空间望远镜(Spitzer Space Telescope, SST)对恒星HAT-P-2和它的系外行星HAT-P-2b进行了一次又一次的观察。

【图一】2011年到2015年间,斯皮策空间望远镜在4.5微米的波段对HAT-P-2进行了长达350小时的观测。单次的光度测定在图中以棕色的点表示,红线表示的是平均光度。光度曲线取决于恒星和系外行星的光度之和,运行的轨道形态和行星的相对位置也同样会带来影响。下端的两张图片上分别展示了发生掩星和凌日时的数值。右边的图像显示了当HAT-P-2b被遮挡时恒星微弱的光度波动。这说明了HAT-P-2b有节奏的规律的带动了它的恒星。

恒星的心跳事实上并不算一个新闻。去年天文学家们在开普勒空间望远镜的帮助下搜寻了这种类型的天体。然而至今被发现的天体只有红巨星,膨胀的,在双体或多体系统中的老年恒星。这些恒星所处在的系统有极度椭圆的绕行轨道,系统中各天体之间充斥着可变化的潮汐力。

潮汐力会扭曲红巨星的表面,并且引起这种独特的光度波动。天文学家们称之为“心跳(Heartbeat)”系统:光度有规律的急剧增强减弱。天文学家们非常重视“心跳系统”,因为这使他们能够更全面地了解双星或多星系统的特征和它们的结构及演变。

恒星HAT-P-2第一眼看上去与这种系统没有很多共同之处。HAT-P-2距离地球大约370光年,位于星图的武仙座。它的光谱型为F,发出黄白的光,温度和质量都略大于太阳。这颗2007年被发现,其恒星唯一的行星,与我们太阳系中的同类相比:体积虽然比木星小一点,但它的质量却是木星的8.7倍。公转周期是5.63天,有着极偏心的公转轨道。它最远距离它的恒星2500万千米远,这大约是六分之一地球到太阳的距离,而最近的时候只相距790万千米。从地球看来,HAT-P-2b在每个运行周期都会隐藏到恒星后面一次,经过半个周期再次运行到恒星前。

相对短的公转周期加上极度椭圆的公转轨道使得HAT-P-2b成为一个热门的目标。天文学家们想要更多的了解系外行星及其恒星之间的相互作用,Julien de Wit和他的同事们也是一样。事实上,他们原本的兴趣在于该行星的大气层,由于十分椭圆的轨道,HAT-P-2b不仅能体会到宇宙的寒冷,还能感受到恒星的炎热,这样明显的温度波动会给行星的大气层带来有趣的效应。所以研究者们把主要的时间都集中到了这上面来。他们在行星距离恒星最近时,高精度的测量了恒星的光度,为了研究有多少能量在恒星与行星之间进行了交换。(见图一“掩星”部分)

被引起的光度波动

这是一个惊喜:当我们看来,HAT-P-2的行星消失在它的背后时,光度学的数据揭示了它的光度波动。虽然这个波动十分的细微。但是其87分钟的光度变化周期,却恰巧是其行星轨道周期的整数倍:光度变化周期的79倍稍短于行星的运行周期。

这是一个有力的依据,潮汐力—也就是说当系外行星和它的恒星相距最近时因引力产生的相互作用力—是造成这种节奏的一个原因。而且。由此科学家们能确定,HAT-P-2b确实给恒星表面带来了节奏,虽然它的质量大约只有恒星的百分之一。(见图一“掩星”部分)

一个行星能影响它的恒星吗?答案是肯定的。虽然现在理论模型还不足以解释HAT-P-2b到底是如何运行的,确切的运作机制也尚不明朗。但是确定的是,科学家们一方面会继续完善恒星的理论模型,另一方面会继续对HAT-P-2进行观察,找出恒星心跳的真正原因。

文章来源《Sterne und Weltraum》

作者:Franziska Konitzer

德文翻译:系外行星地瓜君

校译:王 坤

编排:邱煜欣

责任编辑:解仁江

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