大自然的放大镜揭示了意想不到的中间质量系外行星
http://www.bio1000.com/gwjz/201901/097477.html天文学家发现了一种新的系外行星可能会改变行星形成的立场理论。质量介于海王星和土星之间，其位置超出其主星的“雪线”，这种规模的外星世界应该是罕见的。来自马里兰大学和美国宇航局戈达德太空飞行中心(GSFC)的博士后研究员Aparna Bhattacharya领导了这一发现的团队，该团队今天在西雅图举行的第233届美国天文学会会议上宣布了这一发现。
研究人员同时使用近红外相机，第二代(NIRC2)仪器在夏威夷Maunakea的WM Keck天文台的10米Keck II望远镜和哈勃太空望远镜上的宽视场相机3(WFC3)仪器上系外行星的高分辨率图像，名为OGLE-2012-BLG-0950Lb，可以确定其质量。
“我们惊讶地看到质量在预测的中间巨行星质量间隙中间出现，”Bhattacharya说。“这就像在系外行星沙漠中找到一片绿洲!”
“我对Aparna完成分析的速度非常满意，”共同作者，马里兰大学和GSFC高级研究科学家David Bennett说。“她必须开发一些新方法来分析这些数据 - 这是以前从未做过的一种分析。”
在一个不可思议的事件发生时间，另一个天文学家团队(其中包括Bhattacharya和Bennett)几乎同时发布了统计分析，表明这种次级土星质量行星毕竟并不罕见。
“当OGLE-2012-BLG-0950Lb的质量测量结果出现时，我们刚刚完成分析，”日本航天航天科学研究所的主要作者Daisuke Suzuki说。“这个星球证实了我们对统计研究的解释。”
OGLE-2012-BLG-0950Lb的团队成果发表在12月份的“天文学杂志”上，统计研究发表在12月20日的“天体物理学杂志快报”上。
OGLE-2012-BLG-0950Lb是统计研究中的次土星行星之一;所有这些都是通过微透镜检测到的，这种方法目前只有足够灵敏的方法来检测低于土星质量的行星在类似木星的轨道上。
微透镜利用爱因斯坦广义相对论的结果：在像星星这样的大物体附近的光的弯曲和放大，在天空上产生自然透镜。在OGLE-2012-BLG-0950Lb的情况下，来自远处背景恒星的光在两个月内被OGLE-2012-BLG-0950L(系外行星的主星)放大，因为它在接近完美对齐时天空与背景明星。
通过在对准期间仔细分析光，观察到持续约一天的意外调光，通过其对透镜的影响揭示了OGLE-2012-BLG-0950Lb的存在。
方法
OGLE-2012-BLG-0950Lb首次通过光学引力传感实验(OGLE)的微透镜测量望远镜和天体物理学微观透镜观测(MOA)合作进行检测。
Bhattacharya团队随后使用Keck天文台强大的自适应光学系统与NIRC2相结合进行了后续观测。
“凯克的观测结果使我们能够确定亚土星或超海王星大小的行星质量是地球质量的39倍，它的主星是太阳质量的0.58倍，”贝内特说。“他们测量了前景行星系统与背景恒星的分离。这使我们能够计算出微透镜事件的完整几何形状。没有这些数据，我们只知道星球质量比，而不是单个质量。”
对于统计研究，铃木的团队和MOA分析了微透镜发现的30个亚土星行星的性质，并将它们与核心吸积理论的预测进行了比较。
挑战理论
微透镜方法的独特之处在于它对诸如OGLE-2012-BLG-0950Lb等亚土星行星的敏感性，这些行星的轨道超出其主星的“雪线”。
雪线或霜线是年轻太阳系(也称为原行星盘)中的距离，在该处太冷，水足以凝结成冰。在雪线之外和之后，行星形成所需的固体材料量急剧增加。根据核心吸积理论，固体被认为首先通过化学和重力过程形成行星核心。
“核心吸积理论的一个关键过程被称为”失控的气体增加，“贝内特说。”巨行星被认为通过收集岩石和冰中大约10倍地球质量的核心质量来开始其形成过程。在这个阶段，氢气和氦气的缓慢增加开始，直到质量增加一倍。然后，预计氢气和氦气的增加会在这个失控的气体吸积过程中呈指数增长。供应耗尽时此过程停止。如果在失控的吸积停止之前停止供应天然气，我们会得到“失败的木星”行星，其质量为10-20个地球质量(如海王星)。“
核心吸积理论的失控气体增加情景预测，像OGLE-2012-BLG-0950Lb这样的行星预计是罕见的。地球质量是地球质量的39倍，这个规模的行星被认为是在一个快速增长的阶段继续进行，结束于一个更加庞大的行星。这一新结果表明，失控的增长方案可能需要修订。
铃木的团队比较了微透镜发现的行星恒星质量比分布与核心吸积理论预测的分布。
他们发现，核心吸积理论的失控气体吸积过程预测，与微透镜结果相比，OGLE-2012-BLG-0950Lb中等质量巨行星的数量减少了约10倍。
这种差异意味着天然气巨头的形成可能涉及现有核心吸积模型忽略的过程，或者行星形成环境随主星质量的变化而变化很大。
下一步
这一发现不仅质疑了一个既定的理论，而是利用一种新技术制造的，这项技术将成为美国宇航局下一次大行星发现任务的重要组成部分 - 广角红外探测望远镜(WFIRST)，计划推出在20世纪20年代中期进入轨道。
“这正是WFIRST将用它来测量它通过其系外行星微透镜测量发现的行星质量的方法。在WFIRST上线之前，我们需要通过我们的Keck Key战略任务支持(KSMS)计划的观察来开发这种方法以及哈勃的观察，“贝内特说。
凯克天文台首席科学家约翰·欧米拉说：“看到凯克和哈勃结合力量提供这一令人惊讶的新结果，真是令人兴奋。”“同样令人兴奋的是，我们今天可以取得这些进步，以帮助推动WFIRST和Keck未来合作的最佳科学。”
NASA Keck KSMS计划将继续对望远镜在地面和太空中探测到的微透镜事件进行后续观测。
