發(fā)現低密度系外行星！太輕了，只有0.31克每立方厘米！

2019-08-07 09:43 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

開普勒太空望遠鏡項目及其擴展項目K2發(fā)現了數千顆系外行星，開普勒號利用凌日技術探測到這些系外行星，從地球上觀察，當一顆軌道行星從它的主恒星表面經過時，就會測量光強度的下降。

凌日不僅可以測量軌道周期，而且往往可以從其凌日曲線的詳細深度和形狀以及主恒星的性質來確定系外行星大小。然而，凌日法并不能測量行星的質量。相比之下，徑向速度法測量是主恒星在繞軌道運行系外行星引力作用下的擺動，可以測量其質量。

知道一顆行星的半徑和質量，就可以確定它的平均密度，從而得到其組成的線索。大約15年前，CfA天文學家和其他天文學家意識到，在多顆行星的行星系統(tǒng)中，一顆行星對另一顆行星周期性的引力牽引會改變軌道參數。雖然凌日法不能直接測量系外行星的質量，但它可以探測到這些軌道的變化，并可以對這些變化建立模型來推斷質量。開普勒發(fā)現了數百個具有凌日變化的系外行星系統(tǒng)，其中數十個已經成功地建立了模型。

令人驚訝的是，這一過程似乎發(fā)現了密度非常低的系外行星普遍存在。例如，開普勒-9星系似乎有兩顆密度分別為0.42克和0.31克每立方厘米的行星。相比之下，巖石地球的平均密度是5.51克每立方厘米，水的密度是1.0克每立方厘米，氣體巨星土星是0.69克每立方厘米。這一驚人的結果使人們對過境時間變化方法的一個或多個部分產生了一些懷疑，并引起了長期的關注。CfA天文學家通過徑向速度法測量開普勒-9行星密度來測試該方法的可靠性。

開普勒-9的兩顆類土星行星屬于一小群系外行星，它們的質量可以用任何一種技術測量(如果只是勉強)。用HARPS-N光譜儀對拉帕爾馬的伽利略望遠鏡進行了16個觀測測試，HARPS-N通常可以測量速度變化，誤差最小可達每小時20英里。其研究結果證實了此前得到密度非常低，并驗證了凌日法的能力。通過對開普勒-9多行星系統(tǒng)的分析，研究了行星質量測量的偏差。盡管ttv是第一個以ttv為特征的系統(tǒng)，但是在文獻中有幾個不同的解決方案，那些報告較低行星密度的方案顯然與高精度RV觀測結果不一致。

為了解決這個問題，收集了HARPS-N RVs在文獻中不同解的預測RV曲線差異最大處。重新分析了整個開普勒數據集，并在貝葉斯框架下，利用新推導出的凌日中心時間和持續(xù)時間進行了動態(tài)擬合。將這些結果與RV的數據進行了比較，發(fā)現新解決方案更好地描述了RV觀測結果，證實TTV法可以提供與高精度RVs法相一致的質量測定結果。行星低密度使它們位于質量半徑圖中超級海王星/膨脹的亞土星的區(qū)域。