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2016-11-14 利用微重力透鏡事件捕捉謎樣棕矮星

 
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  噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)天文學家Yossi Shvartzvald等人利用美國航太總署(NASA)的史匹哲(Spitzer)和史威福(Swift,雨燕)太空望遠鏡參與一項微重力透鏡事件(microlensing event)的觀測,觀察一顆遙遠恆星發出的光因為被至少一顆前景天體的重力場「聚光」而變亮的現象。這個技術對於發現行星或棕矮星等環繞恆星公轉的低質量天體很有效。而最新的探測結果,發現的這顆前景低質量天體是一顆棕矮星(brown dwarf)。這是史匹哲和史威福這兩大太空望遠鏡首度聯手觀測微重力透鏡事件。

  一般認為棕矮星是介在行星和恆星之間的過渡天體,其質量最高可達木星質量的80倍左右。但它們的核心不夠熾熱或不夠稠密,無法像恆星一樣透過核融合反應產生能量。有趣的是,科學家發現,對質量和我們太陽相當的恆星,僅有不到1%的機率,會在與恆星相距小於3AU範圍內發現一顆繞恆星公轉的棕矮星。這個現象稱為「棕矮星沙漠(brown dwarf desert)」。(註:1AU為1天文單位,乃地球到太陽的平均距離,約相當於1.5億公里。)

  這顆新發現的棕矮星編號為OGLE-2015-BLG-1319,是由光學重力透鏡實驗(Optical Gravitational Lensing Experiment,OGLE)計畫於2015年發現的。而它或許就位在棕矮星沙漠的範圍內,這項發現或許有助於天文學家進一步瞭解恆星周圍的棕矮星是如何形成的,以及為何會有棕矮星沙漠這樣的棕矮星幾乎不存在的奇怪區域存在,或者,棕矮星沙漠並不如原先認為的那麼「乾」。

何謂微重力透鏡?

  當兩顆天體在空間上幾乎排成一直線,則前景天體的重力場會將背景天體發出的光偏折後聚焦,就像是放大鏡一樣,如此一來,可使背景天體的亮度在那瞬間增亮數千倍左右。實際增亮的程度,與前景天體的質量和排列位置有關。

  若能在兩個以上相距稍遠的地點同時觀測微重力透鏡事件,便可利用三角視差(parallax)的方式,估算這個前景天體的距離。這就像將食指豎起放在眼前,輪流睜閉左右眼觀察食指相對於背景的位置,就會發現食指彷彿在跳動一樣。又,因為不同地點觀測時,與前景天體背景天體排列方式不同,所見到的微重力透鏡事件增亮程度也不同。如此一來,就可利用這樣的差異,經由電腦模擬計算後,得出前景天體的質量和距離的關連性。

新研究成果

  史匹哲在2015年7月觀測包含OGLE-2015-BLG-131的雙星系統(頁首圖片左方圖表中,紅色圓點圖案),這是當年這些太空望遠鏡聯合觀測微重力透鏡事件工作的最後兩週。
史匹哲太空望遠鏡離地球約1AU遠,與地球同軌道,一起繞太陽公轉;史威福則在地球低軌道上,繞地球公轉。史威福也曾在2015年6月底時透過微重力透鏡事件觀測到這個雙星系統,這是史威福首度觀測到一個微重力透鏡事件(頁首圖片左方圖表中,藍色菱形圖案)。但史威福離地球不夠遠,和地面望遠鏡(頁首圖片左方圖表中,灰色圖案)之間幾乎測量不出三角視差。這使得科學家們瞭解到太空望遠鏡對於某些天體或距離的觀測也存有力有未逮之處。

  根據電腦模擬,史威福應該可以測量鄰近且質量不大的天體的視差,包含那些沒有繞任何恆星公轉的「獨立行星(free-floating planet)」。將太空望遠鏡和地面望遠鏡所有資料整合分析後,這些天文學家測定這顆新發現的棕矮星,質量約在30倍至65倍木星質量。而這顆棕矮星是環繞一顆K型矮星公轉,這類恆星的質量大都僅有太陽的一半而已。此外,他們還發現:根據資料分析後,棕矮星到其母恆星的距離有兩種可能,一為0.25AU,另一為45AU;若為0.25AU的話,那麼這顆棕矮星就是位在棕矮星沙漠的範圍內。

  這個研究團隊希望未來能取得更多的微重力透鏡事件的多地點觀測資料,以便能進一步探索棕矮星和行星系統的特性。

資料來源:http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6673, 2016.11.10, KLC

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