天文學家首度利用微重力透鏡視差法精確測定遙遠系外行星的距離 OGLE-2014-BLG-0124L

[peter]

天文學家首度利用微重力透鏡視差法精確測定遙遠系外行星的距離
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1362



計畫位於智利Las Campanas觀測站的Warsaw望遠鏡進行聯合觀測，發現一顆距離遠達13000光年的氣體行星OGLE-2014-BLG-0124L，是迄今已知最遠的系外行星之一
OGLE計畫是以微重力透鏡（microlensing）方式搜尋系外行星，即當某顆恆星行經另一顆遠方恆星與地球之間時，其微弱的重力場會類似放大鏡般，將遠方恆星的光集中並變亮；如果這顆前景恆星恰好有行星環繞，將使遠方恆星亮度變亮加劇，天文學家便可藉此事件察覺系外行星的存在。

雖然微重力透鏡可以偵測比較遠的系外行星，但卻有個關鍵問題：它無法精確的測定造成微重力透鏡事件的前景天體的距離。事實上，若不是遠方恆星的亮度被增亮，有時候根本連前景恆星都無法察覺其存在與否。所以，測定精確距離變成是微重力透鏡法的最大挑戰。事實上，迄今已知的30個以微重力透鏡法發現的系外行星中，有半數不知其精確位置，這讓天文學家彷彿抱著沒有標示「X」的藏寶圖一般，不知該如何下手去尋寶。

 在史匹哲太空望遠鏡的協助下，天文學家終於有機會找到藏寶圖上那個X標示之處。史匹哲太空望遠鏡距離地球約2億700萬公里，跟隨地球之後一起繞太陽公轉。由於和地球相距甚遠，因此當史匹哲太空望遠鏡與在地球上的望遠鏡觀測到同一個微重力透鏡事件時，它們「看到」背景恆星變亮的時間點並不相同，從兩座望遠鏡觀測到變亮的時間差便可估算出前景天體的距離。這和一般的「視差法（parallax）」一樣，故稱為「微重力透鏡視差法（microlens parallax）」；這也是天文學家第一次用微重力透鏡視差方式獲得系外行星的距離訊息。

　　利用太空望遠鏡觀察微重力透鏡事件並不容易。地面望遠鏡一旦偵測到微重力透鏡事件後會立即向天文社群發佈「警報」，不過這個觀測活動很快就結束，平均只有約40天左右。史匹哲團隊得趕在收到警報的3天後，倉促地排開其他原已排定的觀測工作，轉而開始觀測微重力透鏡事件。在這顆新發現的系外行星OGLE-2014-BLG-0124L案例中，微重力透鏡現象持續了150之久，與往常案例相較之下就顯得相當不尋常。OGLE首先偵測到這個事件，而後史匹哲也加入監測的行列；之後OGLE和史匹哲都偵測到象徵有系外行星的亮度突亮的現象，不過史匹哲觀測到的時間比OGLE早了20天左右。Yee等人由此估算這顆行星的距離約13000光年；而一旦知道距離之後，又由此估算出這顆行星的質量約為0.5倍木星質量，因此比較可能是顆氣體行星，而非類似地球這樣的岩質行星。

　　到目前為止，史匹哲和OGLE及其他地面望遠鏡已經合作觀測了其他22個微重力透鏡事件，雖然都沒有發現新的系外行星，但還是可據以瞭解並統計銀河中心區的恆星和行星的族群分布狀況。因此根據計畫，史匹哲太空望遠鏡在今年夏季將要監測120個額外的微重力透鏡事件，以便達到天文學家想要進行的統計目標。

[peter]

微重力透鏡（Gravitational Microlensing） 是一種利用廣義相對論原理來尋找系外行星的獨特方法。與常見的「凌日法」或「徑向速度法」不同，它不需要觀測行星對恆星造成的陰影或拉力，而是觀察光線的彎曲。

以下是微重力透鏡發現行星的運作原理：

1. 基礎原理：背景與前景的對齊
當一顆遙遠的背景恆星（光源）與一顆較近的前景恆星（透鏡）在視線上精確對齊時，前景恆星的重力場會像透鏡一樣彎曲並聚焦背景恆星的光線。
 a. 放大效果： 當兩者接近對齊時，背景恆星會看起來變得異常明亮。
 b. 光變曲線（Light Curve）： 隨著天體移動，亮度會先平滑上升再對稱下降，形成一個鐘形曲線。

2. 行星的「擾動」

如果擔任「透鏡」的前景恆星周圍環繞著一顆行星，這顆行星也會貢獻自己的重力場。

第二次放大： 當背景光線經過行星所在的重力區域時，會在原本平滑的鐘形曲線上產生一個短暫而尖銳的亮度跳變（小峰值）。
偵測關鍵： 觀察到這個微小的額外閃爍，天文學家就能推斷出行星的存在。

3. 微重力透鏡法的優勢

這種方法在系外行星搜尋中具有幾個不可替代的優點：
 a. 長距離偵測： 它是唯一能發現距離地球數千光年甚至位於銀河系中心行星的方法。
 b.   對低質量行星敏感： 它可以輕易發現像地球或火星大小的岩石行星。
c.   偵測「流浪行星」： 即使行星沒有繞著恆星轉（在宇宙中獨自漂浮），只要它經過背景恆星前方，其重力依然會產生透鏡效應，這是其他方法做不到的。
d.   軌道範圍廣： 它最擅長尋找位於恆星「雪線」（Snow line）附近的行星，即那些距離恆星較遠、類似木星或土星位置的行星。