距離地球不到20光年的“超級地球”的可能性讓研究人員對尋找可能孕育生命的行星持樂觀態度。新發現的世界GJ 251 c被賦予了“超級地球”的標籤，因為目前的數據表明它的質量幾乎是地球的四倍，並且很可能是一顆岩石行星。
“我們尋找這些類型的行星，因為它們提供了在其他地方尋找生命的最佳機會，”賓夕法尼亞州立大學凡爾納·M·威拉曼天文學教授、最近發表在《自然》雜誌上的一篇論文的合著者蘇弗拉斯·馬哈德萬說。 天文雜誌– 太陽系外行星是否位於宜居帶？它被稱為“金發姑娘區”，這是距其恆星的適當距離，在該距離處，液態水可以存在於表面。如果有合適的氣氛的話。 ”
二十年的觀察帶來進步
多年來，天文學家在尋找可能存在液態水的行星時開發瞭望遠鏡和更先進的建模工具來探測星光的微弱變化。 Mahadevan 表示，新結果建立在 20 多年的觀測基礎上，代表著迄今為止探索潛在宜居世界的最有力機會之一。
這顆系外行星是利用高精度近紅外光譜儀“宜居帶行星探測器”（HPF）的數據識別出來的。它充當一個複雜的棱鏡，將星光分成其組成部分。 HPF 安裝在德克薩斯州麥克唐納天文台的霍比-埃伯利望遠鏡上。賓夕法尼亞州立大學的研究人員領導了一項設計和建造工作，以支持尋找繞附近恆星運行的類地行星。
“我們稱其為宜居行星探測器。因為我們正在尋找距恆星合理距離、表面可能存在液態水的行星。這是該調查的主要目標，”馬哈德萬說。 “這一發現是描述未來五到十年其他地方生命氣氛的最佳候選之一。”
靈敏檢測恆星擺動
馬哈德萬和他的團隊研究了二十年來在世界各地收集的大量測量結果。分析的重點是 GJ 251 恆星因軌道行星引力而產生的微小但可測量的“擺動”。這些運動在星光中表現為輕微的多普勒頻移。
他們首先通過將長期觀測與高精度 HPF 數據相結合，改進了對先前已知的內行星 GJ 251 b 的測量，該行星每 14 天繞軌道運行一次。研究人員檢測到每 54 天重複一次的更強信號，表明存在第二顆質量更大的行星。 NEID 光譜儀進一步證實了這一點，這是賓夕法尼亞州立大學研究人員製造的另一台儀器，目前在亞利桑那州基特峰國家天文台使用。
該報告的通訊作者科里·比爾德 (Cory Beard) 表示：“通過該系統，我們處於技術和分析方法的前沿。”在獲得加州大學歐文分校天體物理學博士學位時進行這項研究的他說：“我們需要下一代望遠鏡來直接對這位候選人進行成像。但我們需要的是對社區的投資。”
克服恆星活動以揭示行星跡象。
探測系外行星的一個關鍵問題是將行星的信號與恆星的磁活動分開，馬哈德萬將其比作一種恆星天氣。星黑子和其他表面特徵它可以模仿行星軌道引起的周期性變化。這給人一種存在行星的錯覺。為了區分兩者，該團隊使用先進的建模技術來檢查信號在不同顏色的光下的表現。
馬哈德萬說：“這是一場艱難的遊戲，既要試圖擊敗恆星活動，又要測量其微小信號，從恆星表面的磁輻射氣泡發出微小信號。”
他指出，探測GJ 251 c這樣的行星不僅依賴於精良的設備，而且還依賴於GJ 251 c這樣的行星的探測。但它還包括複雜的分析和國際團隊合作。此類項目需要長期的資金和協調。這是因為有意義的發現可能需要幾十年的時間才能發生。
協作和高級工具促進發現。
“這一發現是賓夕法尼亞州立大學跨學科研究力量的一個很好的例子，”天文學和天體物理學傑出教授埃里克·福特說。他是賓夕法尼亞州立大學計算機與數據科學研究所 (ICDS) 的研究主任，但數據科學方法也必鬚根據這位明星的獨特需求和工具組合進行定制。精細數據和最先進的統計方法的結合使我們的跨學科團隊能夠將數據轉化為令人興奮的發現。這為未來的天文台尋找太陽係以外生命的證據鋪平了道路。 ”
儘管目前的技術無法直接對 GJ 251 c 進行成像，但 Mahadevan 表示，即將推出的望遠鏡將能夠探測地球的大氣層。並可能揭示生命的化學痕跡。
為下一代望遠鏡做準備
“我們始終關注未來，”他說，“無論是確保下一代學生能夠參與尖端研究，還是設計和構建新技術來探測潛在的宜居行星。”
GJ 251 c 的定位是由未來的先進望遠鏡直接研究。 Mahadevan 和他的學生正在為 30 米地面望遠鏡時代做準備，這些望遠鏡將配備能夠對恆星宜居區內的岩石行星進行成像的儀器。
馬哈德萬說：“雖然我們還無法確認 GJ 251 c 上是否存在大氣層或生命，但這顆行星是未來探索的一個有希望的目標。” “我們有了一個令人興奮的發現。但是關於這個星球還有很多東西需要了解。”
美國國家科學基金會、美國宇航局和賓夕法尼亞州立大學海辛-西蒙斯基金會支持這項研究。
