利用來自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab的幾個(gè)觀測(cè)站的觀測(cè)和檔案數(shù)據(jù)，以及來自世界各地和軌道上的望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，天文學(xué)家們?cè)阢y河系的一個(gè)附近區(qū)域發(fā)現(xiàn)了至少70顆新的“自由漂浮”行星--這些行星在沒有母星的情況下在太空“游蕩”。這是單一群體中發(fā)現(xiàn)的此類行星的最大樣本，它幾乎是整個(gè)天空中已知數(shù)量的兩倍。

研究人員在銀河系的一個(gè)附近區(qū)域發(fā)現(xiàn)了這群自由漂浮的行星--不圍繞恒星運(yùn)行的行星--被稱為上天蝎座OB星協(xié)。通過檢查20多年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，天文學(xué)家們至少發(fā)現(xiàn)了70顆，甚至多達(dá)170顆這些木星大小的行星。第一批自由漂浮的行星是在20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)的，但是最新的發(fā)現(xiàn)使已知的總數(shù)幾乎翻了一番。

為了找到這些行星，該研究的第一作者，法國(guó)波爾多大學(xué)波爾多天體物理實(shí)驗(yàn)室的Núria Miret-Roig和一個(gè)天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)，使用了來自一些大型天文臺(tái)的觀測(cè)和檔案數(shù)據(jù)，包括來自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab的設(shè)施、歐洲南方天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡、加拿大-法國(guó)-夏威夷望遠(yuǎn)鏡和斯巴魯望遠(yuǎn)鏡，在20年的觀測(cè)中共有8萬張寬場(chǎng)圖像。

波爾多天體物理實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家，也是這項(xiàng)研究的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Hervé Bouy說，如果不能利用NOIRLab的天體數(shù)據(jù)檔案和在社區(qū)科學(xué)和數(shù)據(jù)中心(CSDC)運(yùn)作的天體數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)這么多自由漂浮行星是不可能的。

這些數(shù)據(jù)包括來自亞利桑那州基特峰國(guó)家天文臺(tái)(KPNO)的NEWFIRM極寬視場(chǎng)紅外成像儀的247張圖像，來自同一NEWFIRM儀器在搬遷到智利Cerro Tololo美洲天文臺(tái)(CTIO)后的1348張圖像，來自以前在CTIO的Víctor M. Blanco 4米望遠(yuǎn)鏡上運(yùn)行的紅外側(cè)口成像儀的2214張圖像，以及來自暗能量相機(jī)的3744張圖像。

“NOIRLab天體數(shù)據(jù)檔案中的寶庫(kù)對(duì)這項(xiàng)研究至關(guān)重要，”Bouy說。“我們需要在光學(xué)和近紅外方面的非常深入和廣域的圖像，跨越一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間基線。因此，暗能量相機(jī)和NEWFIRM對(duì)我們的項(xiàng)目非常有吸引力，因?yàn)樗鼈兪鞘澜缟献蠲舾械膶拡?chǎng)相機(jī)之一。”

作為世界上最高性能的寬場(chǎng)CCD成像儀之一，暗能量相機(jī)是為美國(guó)能源部(DOE)資助的暗能量調(diào)查而設(shè)計(jì)的。它在DOE的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室建造和測(cè)試，并在2013年至2019年間由DOE和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)運(yùn)營(yíng)。目前，暗能量相機(jī)被用于涵蓋巨大科學(xué)范圍的項(xiàng)目。對(duì)暗能量調(diào)查數(shù)據(jù)的分析得到了美國(guó)能源部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持。

“這個(gè)項(xiàng)目說明了提供來自不同望遠(yuǎn)鏡的檔案數(shù)據(jù)的難以置信的重要性，不僅僅是在整個(gè)美國(guó)，而是在全世界，”美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab的項(xiàng)目官員Chris Davis說。“這是NOIRLab，特別是CSDC多年來一直在努力促成的事情，并在NSF的支持下繼續(xù)這樣做。”

這些自由漂浮的行星位于上天蝎座OB星協(xié)中，該星協(xié)距離地球420光年。這個(gè)區(qū)域包含了許多最有名的星云，包括蛇夫星云、煙斗星云、巴納德 68分子云和煤袋星云。

自由漂浮的行星大多是通過微透鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的，在這種觀測(cè)中，天文學(xué)家觀察系外行星和背景恒星之間短暫的偶然對(duì)接。然而，微光事件只發(fā)生一次，這意味著后續(xù)觀測(cè)是不可能的。

這些新行星是用一種不同的方法發(fā)現(xiàn)的。這些行星潛伏在遠(yuǎn)離任何恒星照耀的地方，通常情況下是無法成像的。然而，Miret-Roig和她的團(tuán)隊(duì)利用了這樣一個(gè)事實(shí)：在它們形成后的幾百萬年里，這些行星仍然熱得發(fā)亮，使它們可以被大型望遠(yuǎn)鏡上的敏感相機(jī)直接探測(cè)到。Miret-Roig的團(tuán)隊(duì)利用這8萬次觀測(cè)來測(cè)量該星協(xié)所有成員在廣泛的光學(xué)和近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線，并將其與測(cè)量它們?cè)谔炜罩械倪\(yùn)動(dòng)方式相結(jié)合。

“我們測(cè)量了大面積天空中數(shù)千萬個(gè)來源的微小運(yùn)動(dòng)、顏色和亮度，”Miret-Roig解釋說。“這些測(cè)量結(jié)果使我們能夠安全地識(shí)別這個(gè)區(qū)域中最微弱的天體。”

這一發(fā)現(xiàn)也為自由漂浮行星的起源提供了啟示。一些科學(xué)家認(rèn)為，這些行星可能是由太小的氣體云坍縮形成的，從而導(dǎo)致恒星的形成，或者它們可能是從其母星系統(tǒng)中被“踢出來”的。但是哪一種是實(shí)際的機(jī)制仍然是未知的。

拋射模型表明，可能有更多的自由漂浮的行星，它們的大小與地球一樣。Miret-Roig說：“自由漂浮的木星質(zhì)量的行星是最難被彈出的，這意味著甚至可能有更多自由漂浮的地球質(zhì)量的行星在銀河系中游蕩。”

研究人員預(yù)計(jì)薇拉·魯賓天文臺(tái)開始科學(xué)運(yùn)作時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)更多的自由漂浮行星。

關(guān)鍵詞： 天文學(xué)家 銀河系 自由漂浮的行星 母星