天體課程:冥王星最小的鄰居們被證明難以尋覓

在冥王星之外的太陽系柯伊伯帶中識別微弱天體的努力大多徒勞無功


支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道,方式是 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續報道關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。


幾十年來,冥王星,後來又加入了它的衛星卡戎,在天文學家繪製的太陽系圖中獨自佔據了廣闊的區域——在海王星之外,在長期假設的被稱為柯伊伯帶的碎片帶中,沒有其他已知的天體存在。但在 1992 年,兩位天文學家發現了 1992 QB1,這是一個直徑約 200 公里的天體,它在距離太陽約 65 億公里的地方繞太陽執行,遠遠超出海王星的軌道。柯伊伯帶,由太陽系形成過程中的殘餘物構成,似乎是真實存在的。

自那次發現以來,數百個大型天體,其中大多數直徑超過 100 公里,已經在柯伊伯帶中被發現,包括一些大致與冥王星大小相當的天體,這些天體促使人們重新定義了“行星”一詞,並將冥王星降級為矮行星。(冥王星的直徑約為 2300 公里。)但是,最小的柯伊伯帶天體(KBO)一直難以捉摸。儘管它們應該數量眾多,但還沒有直接觀測到小於約 30 公里的天體。天文學家希望瞭解帶中所有天體的大小分佈——這些資訊將有助於描述天體的成分和碰撞歷史——但今天的望遠鏡根本無法分辨出最微弱的 KBO。

因此,許多觀測專案採取了一種不同的策略,試圖透過監測背景恆星來識別小的 KBO,尋找由於遙遠天體 crossing 恆星與地球之間的視線而可能導致的亮度突然下降。這些所謂的掩星巡天是目前天文學家解析柯伊伯帶最小組成部分的最佳機會。

但即使對於這些掩星巡天,發現也很難得。2009 年 12 月,由加州理工學院的 希爾克·施利希廷 領導的研究團隊在《自然》雜誌上發表了對哈勃太空望遠鏡檔案資料的分析。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)施利希廷的研究小組在 4.5 年的觀測中只發現了一次掩星,是由一個直徑約為 1 公里的 KBO 引起的。在四月份的《天文學雜誌》上,一個小組報告說,在地面上的臺灣-美國掩星巡天(TAOS)3.75 年的觀測中,根本沒有發現掩星。(後一項研究雖然持續時間較短,但實際上收集了大約是哈勃觀測活動 40 倍的“星時”。)

位於加利福尼亞州聖巴巴拉市拉斯昆布雷斯天文臺全球望遠鏡網路的博士後研究員,也是這篇新論文的第一作者 費德里卡·比安科 說,TAOS 應該對公里大小的 KBO 敏感。比安科說,哈勃研究的少量發現和 TAOS 的空網,“證實了與幾年前人們天真地認為的相比,該區域缺乏天體”,在其他搜尋一無所獲或幾乎一無所獲之前。TAOS 科學家 馬修·萊納,臺灣台北中研院天文及天文物理研究所的天文學家指出,當該專案設計時,微弱 KBO 的稀缺性尚未廣為人知,TAOS 可能被期望探測到數千次掩星。

哈勃和 TAOS 的巡天,以及它們的前身,表明某種機制似乎抑制了直徑約為一公里到數十公里的 KBO 的數量,相對於從觀測到的大型 KBO 的數量向下推斷所預期的數量。“物理上,這意味著這些物體很脆弱,”比安科解釋說——太陽系演化過程中的碰撞將它們磨碎成更小的碎片,掩星巡天無法探測到這些碎片。斯科特·凱尼恩,哈佛-史密森天體物理學中心的理論家,他構建了行星形成的數值模型,也贊同這一評估。“這項觀測和哈勃的觀測都證實了這樣一個想法,即在太陽系的早期,你製造了大型天體,然後隨著系統的老化,較小的天體碰撞並被摧毀,”他說。凱尼恩補充說,如果下一代天文臺,如 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 可以探測到直徑僅為幾分之一公里的 KBO 的分佈,那將表明 KBO 有多麼脆弱或鬆軟。

加州大學洛杉磯分校的天文學家 大衛·朱維特,1992 QB1(除冥王星和卡戎之外的第一個 KBO)的共同發現者之一,說 TAOS 正在大海撈針。“這不是一個容易的測量,”朱維特說。“值得稱讚的是,他們已經完成了這項工作,並且報告說什麼也沒看到。但是對於大海撈針的專案,我總是懷疑他們什麼也沒看到,是因為根本沒有東西可探測,還是因為他們錯過了小型 KBO 會引起的罕見且短暫的亮度下降。”朱維特補充說,研究人員已經很好地保護了自己免受後一種可能性,“但你永遠不知道。”

© .