在距離地球4.37光年的半人馬座阿爾法星是離地球最近的恒星系統(tǒng)。幾代以來科學家和思考者都在思考，它是否會像我們自己的太陽一樣擁有一個行星系統(tǒng)，以及生命是否也存在于那里。不幸的是最近在這個恒星系統(tǒng)中尋找太陽系外行星的努力都失敗了，潛在的探測結(jié)果被證明是數(shù)據(jù)的產(chǎn)物。
一顆假想中的行星的印象圖，這顆行星圍繞著半人馬座阿爾法星(Alpha Centauri B)運行，這顆行星是距離地球最近的三星級系統(tǒng)的一員。圖片版權(quán)：ESO
為了應(yīng)對這些失敗的努力，正在開發(fā)幾個更有野心的項目，以尋找半人馬座阿爾法星周圍的系外行星。其中包括像“藍色計劃”(Project Blue)這樣的直接成像太空望遠鏡，以及被稱為“突破攝星”(Breakthrough Starshot)的星際任務(wù)。但是根據(jù)耶魯大學研究人員的一項新研究，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)可以用來確定這個系統(tǒng)中行星的概率(甚至是哪種)。
這項研究最近發(fā)表在《天文學雜志》上，標題是“半人馬座阿爾法星系的行星可探測性”。這項研究由來自耶魯大學的研究生Lily Zhao和美國國家科學基金會(NSF)的研究員Lily Zhao領(lǐng)導，她和耶魯大學的約翰·布魯爾(John Brewer)、耶魯大學的馬特·吉格爾(Matt Giguere)、以及智利的貝羅大學(Universidad Andres Bello)的芭芭拉·羅亞斯·阿亞拉(Barbara rojasa - ayala)共同撰寫了這份研究報告。
環(huán)繞半人馬座阿爾法星系的行星表面的印象。圖片版權(quán)：Michael S. Helfenbein
研究團隊考慮了為什么在離我們最近的恒星系統(tǒng)中尋找行星的努力失敗了。這是令人驚訝的，從統(tǒng)計上來說半人馬座阿爾法星很可能有一個自己的系統(tǒng)。正如費舍爾教授在最近的耶魯新聞發(fā)布會上所指出的：宇宙告訴我們最常見的類型的行星是小的行星,和我們的研究顯示這些正是那些最有可能軌道半人馬座阿爾法星A和B…因為半人馬座阿爾法星是如此之近,這是我們的太陽系外的第一站。幾乎可以肯定的是，半人馬座阿爾法星A和b都是小的巖石行星。
除了是耶魯大學的天文學教授，黛博拉·費舍爾也是耶魯外行星小組的領(lǐng)導人之一。作為她領(lǐng)域的專家，費舍爾花了幾十年的時間來研究太陽系外行星，尋找太陽系以外的地球類似物。通過NASA和國家科學基金會提供的部分資金，該團隊依靠一些最新的外部行星探測儀器收集的現(xiàn)有數(shù)據(jù)。
這些包括CHIRON，一個在智利Cerro Telolo inter - american Observatory(CTIO)上安裝在小型和中等孔徑研究望遠鏡系統(tǒng)(SMARTS)上的光譜儀。該儀器由菲舍爾的團隊建造，它提供的數(shù)據(jù)與高精度徑向速度行星搜索器(HARPS)以及ESO超大望遠鏡(VLT)上的紫外和可見光階梯光譜儀(UVES)結(jié)合在一起。
環(huán)繞紅矮星比鄰星的Proxima b行星表面的印象圖片。雙星半人馬座AB在比鄰星的右上方可見。圖片版權(quán)：ESO
利用這些儀器收集的10年數(shù)據(jù)，趙和她的同事們?yōu)榘肴笋R座阿爾法星系建立了一個網(wǎng)格系統(tǒng)，沒有尋找存在的行星的跡象，而是利用這些數(shù)據(jù)排除了在那里不存在的行星類型。這項研究很特別，它利用了半人馬座阿爾法星系的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，而不是尋找行星，而是用來描述行星不存在的特征。通過這樣返回了關(guān)于整個系統(tǒng)的更多信息，并為未來對這個獨特魅力系統(tǒng)的觀察提供了指導。
此外研究小組還分析了半人馬座阿爾法星系中恒星的化學成分，以進一步了解形成行星的物質(zhì)種類。根據(jù)在半人馬座阿爾法星的三顆星(Alpha,Beta和Proxima)上不同的望遠鏡觀測到的不同的價值，他們能夠?qū)υ谀抢锎嬖诘男行沁M行限制。發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)排除了半人馬座阿爾法星A、半人馬座B和0.47地球質(zhì)量的行星在53地球質(zhì)量范圍內(nèi)的可居住地帶。”“至于化學成分，我們發(fā)現(xiàn)，半人馬座A和B的碳/氧和鎂/硅的比例與太陽相當。
圍繞一顆紅矮星運行的行星表面的印象圖，可能會出現(xiàn)。圖片版權(quán)： M. Weiss/CfA
研究結(jié)果實際上排除了半人馬座阿爾法星系中任何木星大小的氣態(tài)巨行星的可能性。對于半人馬座阿爾法星系進一步發(fā)現(xiàn)，只有不到50個地球質(zhì)量的行星可能存在，而半人馬座B可能有小于8個地球質(zhì)量的行星。據(jù)我們所知比鄰星至少有一顆類地行星，認為地球上的質(zhì)量可能還不到地球的一半。
除了給外行星獵人帶來希望外，這項研究還對行星適居性帶來了一些相當有趣的影響。基本上，巖石行星在系統(tǒng)中的存在是令人鼓舞的；但是沒有氣態(tài)巨行星，這是確保行星保持適宜居住的關(guān)鍵因素。在我們最近的恒星周圍，仍然有適合居住的、地球質(zhì)量的行星，但也沒有任何氣體行星會危及這些可能適合居住的巖石行星的生存。此外如果這些行星確實存在，它們很可能與我們地球的相似成分，因為它們在阿爾法Cen A/ B和我們所喜愛的太陽上有相似之處。
目前，沒有任何儀器能夠證實半人馬座阿爾法星中任何系外行星的存在。研究團隊都很樂觀，認為未來的調(diào)查將會有必要的敏感性：(T)他的一個月已經(jīng)見證了幾個新一代的儀器的調(diào)試，保證了在不久的將來發(fā)現(xiàn)這些可能的行星所必需的精確度，而這一分析表明，它確實值得繼續(xù)尋找！
知識：科學無國界，博科園-科學科普
參考：Yale News, The Astronomical Journal
