系外衛星讓天文學家捉摸不透——暫時如此

研究人員可能已經瞥見過第一個已知的系外衛星——一顆圍繞另一顆恆星執行的行星的衛星;但對這一潛在發現的證實可能還需要很多年

藝術家描繪的系外衛星候選者開普勒1625 b I,在它的恆星面前拖著它的宿主行星。

關於系外衛星死亡的報道可能被大大誇大了。4月下旬,三位天文學家認為,目前為止最好的系外衛星候選者——一顆在另一個行星系統中繞世界執行的衛星——實際上並不存在,而是一個統計上的幻影。該候選者的最初發現者不同意,認為情況遠未結束。唉,目前,這場辯論陷入僵局:無論如何,對這顆系外衛星的明確肯定或否定可能還需要數年時間。

2018年10月,來自紐約哥倫比亞大學的天文學家亞歷克斯·蒂奇和戴維·基平表示,他們可能發現了第一個已知的系外衛星,一顆海王星大小的世界,它圍繞著位於開普勒-1625系統中約8000光年之外的氣態巨行星執行,被稱為開普勒-1625b I。利用2017年10月收集的哈勃太空望遠鏡的觀測結果,這一發現將為尋找更多這樣的世界開啟大門,其中一些甚至可能是宜居的。“當時,對證據的最佳解釋是那裡存在一顆衛星,”蒂奇說。

然而,在2019年2月,來自德國馬克斯·普朗克太陽系研究所的雷內·海勒和他的同事釋出了他們對資料的獨立分析。他們認為,潛在的系外衛星訊號——在氣態巨行星“凌日”穿過恆星表面時產生的較大凹陷之後,像狗的皮帶一樣拖尾的恆星光線的額外凹陷——很可能根本不是衛星。相反,他們認為類似系外衛星的凹陷實際上是系統中另一顆陰暗行星的凌日。“我會說這種解釋聽起來比系外衛星的解釋更可能,”海勒說。


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現在出現了一個新的轉折,來自馬薩諸塞州哈佛-史密森天體物理中心的勞拉·克雷德伯格和同事的另一項獨立分析。在一篇釋出在預印本伺服器arXiv上的論文中,他們重新檢查了蒂奇和基平使用的哈勃資料,根本沒有發現恆星光線中的第二個凹陷。“我不相信這顆特殊的系外衛星是真實存在的,”克雷德伯格說。她認為蒂奇和基平在他們最初的分析中是錯誤的,並且最好把精力放在尋找其他恆星周圍的系外衛星候選者上。這種差異的出現是由於哈勃觀測難以達到必要的精度水平,從而無法區分隨機波動(在星光或儀器效能方面)以及與即使是最大可能的系外衛星相關的微弱但真實的訊號。辨別差異是一項使用複雜且計算密集型的數值模型進行的猜測。

即便如此,所有三篇研究論文都證實了行星的凌日時間變化(TTV)——這一發現可以說有利於系外衛星假說。換句話說,行星的凌日開始時間比基於其已知軌道預期的要早一些。這表明它正在受到另一個物體的引力拖拽,可能確實是一顆系外衛星或另一顆行星。此外,海勒的結論與蒂奇和基平的結論重疊,即海勒也看到了恆星光線中真實凹陷的證據;在檢查資料的三篇論文中,只有克雷德伯格的論文認為凹陷是虛假的。

不幸的是,再次使用哈勃觀察這個系統的嘗試均告失敗;蒂奇和基平最近請求在望遠鏡上獲得更多時間來研究2019年5月開普勒-1625b及其潛在系外衛星的下一個預測凌日,但遭到拒絕。“哈勃的觀測時間總是競爭激烈,”位於巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所科學副主任尼爾·裡德說,該研究所負責分配哈勃的觀測時間。“總是有兩倍於[我們]希望看到的觀測建議,但我們沒有足夠的軌道來支援。”基平指出,未能獲得額外的哈勃時間是有問題的,因為潛在系外衛星的後續凌日發生的時間越晚,就越難預測。

不過,並非所有希望都破滅了,因為仍然可以使用一種稱為徑向速度的方法來否定系外衛星假說。這涉及到精確測量恆星的位置,並尋找由於其他物體的引力拖拽而導致其位置出現明顯擺動。如果正如海勒所認為的那樣,一顆尚未證實的行星導致了開普勒1625的星光中出現類似系外衛星的凹陷,那麼徑向速度測量最終應該會探測到該行星對恆星的擺動影響。“我想我們肯定會知道它是否存在,”蒂奇說,儘管他指出我們可能需要10到15年才能得到答案。

整個故事突顯了尋找這些世界的巨大困難,因為與它們的母星和行星相比,它們相對較小的尺寸使得它們難以被發現。來自以色列海法理工學院的尤里·馬拉穆德指出,我們目前的技術根本還不夠好,無法找到它們中的大多數。但系外衛星搜尋的未來仍然光明,即使開普勒-1625b I的前景黯淡。很快,新一代大型天文臺,如巨型麥哲倫望遠鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將開始它們的星空觀測,為正在進行的搜尋帶來前所未有的靈敏度和精度。“十年後,我們可能會有資料讓所有這些東西都過時,”蒂奇說。“但你不會等待那些巨型望遠鏡。我們利用我們現在擁有的東西,看看我們能做什麼。”

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