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WFIRST将如何利用扭曲的时空来寻找系外行星

WFIRST将如何利用扭曲的时空来寻找系外行星

大多数围绕遥远恒星运行的系外行星都是通过观察行星的凌日或从其恒星前面经过而发现的。当行星凌日时,恒星的光线会暂时而细微地变暗。美国国家航空航天局(NASA)正在开发的广域红外巡天望远镜(WFIRST)可能在本世纪20年代中期发射,它将起到相反的作用。它将寻找在所谓的微透镜事件中出现的小的光线波动,或者是在遥远物体的引力扭曲时空,弯曲和聚焦光线的事件中,在这种情况下揭示出新的世界。

美国宇航局的一份声明解释了微透镜:

任何时候,当两颗恒星从我们的有利位置靠近时,来自较远恒星的光线就会在较近恒星弯曲的时空中穿行。这一现象是爱因斯坦广义相对论的预言之一,英国物理学家阿瑟·爱丁顿爵士在1919年的一次日全食中对此进行了著名的证实。如果排列特别接近,较近的恒星就像一个自然的宇宙透镜,聚焦并增强来自背景恒星的光。

围绕前景恒星运行的行星也可以改变透镜的光线,就像它们自己的小透镜一样。他们制造的扭曲使天文学家能够测量行星的质量和它与主恒星的距离。这就是WFIRST将如何使用微透镜来发现新的世界。

很酷!

新的搜索将结合wfirst&# 8217;的结果与开普勒和苔丝的任务。马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)引力微透镜小组的负责人大卫·贝内特(David Bennett)解释说,wfirstw作为一架勘测望远镜的能力,将是它发现系外行星潜力的关键:

来自小行星的微透镜信号罕见而短暂,但它们比来自其他方法的信号更强。既然这是百年一遇的大事件,那么首先发现低质量行星的关键就是要找到数以亿计的恒星。

WFIRST将如何利用扭曲的时空来寻找系外行星

WFIRST将把目光投向我们银河系的富星中心。由于WFIRST是一架红外望远镜,它可以透过阻挡可见光的尘埃云看到东西。这一点在星系中心附近的行星搜索中尤为重要,因为当我们朝那个方向看的时候,我们会看到太空中巨大的尘埃云。

其他基于太空的望远镜,如TESS任务和不再活跃的开普勒任务,已经在距离我们太阳1000光年的恒星周围寻找系外行星。WFIRST将向数万光年之外、人口更密集的银河系中心区域望去。

到目前为止,在4000多颗被发现的系外行星中,有86颗是用微透镜发现的。大多数系外行星是通过凌日法发现的。但是微透镜技术有一个非常强大的潜力:找到像我们这样的太阳系的潜力。美国宇航局的声明解释道:

通常用来寻找其他世界的技术都偏向于那些与我们的太阳系非常不同的行星。例如,凌日法最适合发现亚海王星类行星,它们的轨道比水星的小得多。对于像我们这样的太阳系,凌日研究可能会漏掉每一个行星。

WFIRST的微透镜调查将帮助我们找到太阳系中除水星以外的所有行星的类似物,水星的小轨道和低质量使它超出了任务的范围。WFIRST将发现与地球质量相当甚至更小的行星——甚至可能是像木星的卫星Ganymede那样的大卫星。

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因此,WFIRST将能够在更大的轨道上找到其他质量与地球相似或更小的星球。它也将非常适合寻找冰巨星,类似于天王星和海王星,这可能是我们星系中最常见的行星类型。

利用微透镜,WFIRST将在其恒星的宜居带寻找行星,那里的温度可能允许液态水存在。

没有一种探测方法可以发现所有的行星,但通过结合来自WFIRST、开普勒和TESS等任务的数据,科学家们将能够更好地了解行星系统的种类。据路易斯安那州立大学的马修·潘尼说:

试图解释今天的地球人口就像试图解释一张覆盖了一半的图片。为了充分理解行星系统是如何形成的,我们需要找到所有距离上的所有质量的行星。没有任何一种技术可以做到这一点,但是wfirst_8217;的微透镜调查,结合开普勒和苔丝的结果,将揭示更多的图片。

WFIRST将如何利用扭曲的时空来寻找系外行星

开普勒的搜索区域大约是天空的100平方度,包含10万颗恒星,通常在1000光年之外。另一方面,TESS覆盖了整个天空,观测了大约20万颗恒星,但是这些恒星离我们更近,大约100光年。相比之下,WFIRST将只专注于3平方度,而搜索2亿颗距离我们1万光年远的恒星。

迄今为止进行的微透镜搜索中,大多数都是在可见光下进行的。这些搜索将无法在星系中心附近被尘埃云遮蔽的恒星中找到行星。另一项由位于夏威夷的英国红外望远镜(UKIRT)进行的微透镜调查自2015年以来一直在绘制中部地区的地图。这将有助于通过测量星系核心附近微透镜事件的速率,为wfirst_8217即将进行的观测铺平道路。

UKIRT使用机器学习,WFIRST也将使用机器学习来帮助简化庞大的数据量。田纳西州纳什维尔范德比尔特大学的天文学家萨凡纳·杰克林说:

我们目前与UKIRT的调查正在奠定基础,以便WFIRST能够实施第一个基于太空的专用微透镜调查。以前的系外行星任务扩展了我们对行星系统的认识,而WFIRST将使我们朝着真正理解行星的运行方式又迈进了一大步。特别是那些位于母星可居住带内的恒星;的形成和演化。

WFIRST将如何利用扭曲的时空来寻找系外行星

与在银河系中心附近发现新世界一样令人兴奋的是,WFIRST将能够发现其他令人着迷的物体。这包括自由漂浮的行星,小如火星,不围绕任何恒星运行,以及褐矮星,它们太大而不是行星,但太小而不是恒星。WFIRST也能找到中子星和黑洞。彭妮说:

WFIRST& # 8217; s透镜调查不仅能促进我们对行星系统的理解,也会使许多其他研究的2亿颗恒星的可变性,内部的结构和形成银河系黑洞的人口和其他黑暗,紧凑的对象很难或不可能以其他方式研究。

WFIRST和它的微透镜功能代表着在银河系中心寻找新的系外行星和其他令人惊奇的物体的过程中迈出了一大步,这个区域充满了有待发现的新事物。

底线:即将到来的WFIRST太空望远镜任务将使用微透镜;它依赖于时空弯曲中的大质量物体;寻找银河系中心附近的系外行星。

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