天文学家发现新的超级地球可能是一个宜居世界

天文学家发现了一个新的超级地球,它围绕着一颗距离大约137光年的M矮星(红矮星)运行。

这颗行星被命名为TOI-715b,它的半径约为地球的1.55倍,位于恒星的宜居带内。系统中还有另一个行星候选者。它有地球大小,如果得到证实,它将成为TESS迄今为止发现的最小的宜居带。

TOI-715是一颗普通的红矮星。它的质量大约是太阳的四分之一,半径大约是太阳的四分之一。 TOI-715b离这颗恒星很近,它的紧凑轨道只需要19天就可以完成围绕这颗矮星的一次旅行。由于红矮星比太阳暗得多,这使得超级地球处于恒星保守的宜居带。

发表在《皇家天文学会月刊》上的新研究介绍了这一发现。它的标题是”一颗半径为1.55地球的宜居带行星,由TOI-715承载,TOI-715是一颗靠近黄道南极的M4恒星。“主要作者是来自伯明翰大学物理与天文学学院的乔治娜·德兰斯菲尔德。

这张图显示了行星TOI-715 b(位于其恒星周围宜居带的超级地球)在附近观察者看来可能出现的一种方式。(美国宇航局/JPL-加州理工学院)

宜居带是识别可能含有液态水的行星的一种相当粗略的方法。它的边界不明确,甚至相互矛盾,因为恒星光谱类型、行星反照率、质量,甚至它的大气层的浑浊程度都可以决定一颗行星是否有液态水。

保守的宜居区 (CHZ) 的想法更有帮助。它来自 2014 年的一篇论文,作者是Kopparapu 等人.它是恒星周围的一个区域,岩石行星接收的太阳日照量是地球的0.42到0.842。任何接收到如此多能量的岩石行星都在CHZ中,无论距离如何。

在恒星的CHZ中发现超级地球总是令人兴奋。它激发了我们对其他行星的好奇感,以及某些行星可能拥有其他生命的可能性。出于这个原因,它们比像热木星这样的行星更有趣,例如,它们拥有液态水或生命的可能性为零。即使是最顽强的极端微生物也无法在高温下幸存下来木星邪恶的环境。

但这一发现也令人兴奋,还有其他几个原因。

“终于,JWST的时代已经到来,随之而来的是详细的系外行星大气特征的时代。

现在我们已经发现了数以千计的系外行星,天文学家正在看到人口的趋势。他们注意到的一件事是,小行星种群在1.5到2个地球半径之间存在差距。它被称为小行星半径间隙或亚海王星半径间隙(也称为富尔顿间隙和光蒸发谷)。在1.55地球半径处,TOI-715b位于间隙内。

在这个半径间隙中没有行星形成的可能性极小。行星必须从更大开始,然后失去质量才能最终进入间隙。因此,富尔顿峡告诉我们一些关于一些行星如何失去质量的信息。

天文学家认为,缝隙中的行星开始时会变大,但它们的恒星通过光蒸发剥离了它们的一些质量,使它们缩小。这就是为什么它有时被称为光蒸发谷。山谷和光蒸发周围有很多不确定性,天文学家想研究山谷中的行星,看看他们能学到什么。

“半径谷的重要性在于它有可能教我们关于行星形成和形成后演化的知识,因此,这个间隙内的行星对于进一步理解塑造它的因素至关重要,”作者解释说。

M矮星周围是否存在这种半径差距存在一些不确定性。M矮星可能具有密度间隙而不是半径间隙。“然而,Luque&Pallé(2022)最近的一项研究表明,M矮行星可能具有密度差距,而不是将两个小行星种群(岩石和水世界)分开的半径差距,”作者写道。

无论是半径差距还是密度差距,TOI-715b都应该告诉我们一些关于系外行星、光蒸发和系外行星在红矮星周围分布的性质。但是,要发现它必须告诉我们什么,需要进一步、详细的观察。这就是这个超级地球如此有趣的第二个原因。

自从我们开始寻找系外行星以来,科学家们一直期待着詹姆斯·韦伯太空望远镜投入使用的那一天。

“终于,JWST的时代已经到来,随之而来的是详细的系外行星大气表征的时代,”作者在他们的论文中写道。JWST有能力观察系外行星大气的光谱并确定其成分。但是,尽管JWST非常强大,但有些靶标比其他靶标提供了更好的透射光谱机会。

TOI-715b是一个主要目标,因为它离它的恒星很近。由于TOI-715是一颗小红矮星,这颗行星每19天绕它运行一次,因此这颗系外行星在其恒星前面的凌日更深、更频繁。这意味着JWST不需要太多时间来观察行星的大气层,从而有效地利用了太空望远镜的时间。

“在透射光谱学表征大气特征的背景下,明亮的附近M矮星是理想的行星宿主,因为小温带行星会经常凌日,能够以更少的望远镜时间对大气特征进行高信噪比探测,”作者解释说。

这个超级地球可以居住吗?由于缺乏JWST的光谱学,我们只能进行推测。它位于保守的宜居区,但这并没有让我们走得太远。尽管如此,还是有一些充满希望的迹象。

TOI-715比我们的太阳稍古老,大约有66亿年的历史。根据作者的说法,这颗恒星显示出“低程度的磁活动”。这可能就是为什么与年轻的M矮星相比,这颗恒星在TESS光曲线中没有耀斑的原因。众所周知,红矮星表现出极其强大的耀斑,可以使行星绝育。它们还可以剥离大气层,这可能是系外行星光蒸发谷的原因。

另一颗行星可能正在围绕TOI-715运行。它目前只是一个名为TIC 271971130.02的候选者,但如果得到证实,它将成为TESS有史以来发现的最小的宜居带行星。但需要后续观察来证实这一点。

TOI-715 系统是值得进一步研究的令人信服的目标。TOI-715b正在等待轮到它,但最终,JWST将检查它的大气层。如果这些结果支持宜居性,天文学家的兴奋只会越来越大。同时,我们可能会更多地了解半径或密度差距,这是更透彻地了解系外行星的障碍。

再加上这颗恒星可能拥有另一颗宜居带行星,这是TESS发现的最小的行星,TOI-715系统变得更加重要。

本文最初由今日宇宙.阅读原文.

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