科技日报|X射线不光能拍胸片还能找星星
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【科技日报|X射线不光能拍胸片还能找星星】
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9月25日 ， 在预印本网站arXiv.org上刊载的一篇论文引发关注 ， 美国哈佛大学史密森尼天体物理中心的天文学家罗珊娜·迪斯蒂法诺及其研究团队利用钱德拉X射线天文望远镜获得的数据 ， 通过X射线掩食法在距离地球2800万光年外的涡状星系（Whirlpool Galaxy）中发现了一颗候选行星 ， 这有望成为一颗新发现的银河系外行星 。 据计算 ， 这颗被命名为M51-ULS-1b的候选行星半径略小于土星 。
从太阳系内到太阳系外 ， 从银河系内再到银河系外 ， 人类探索遥远行星的脚步从未停止过 。 瑞典天体物理学家米歇尔·马约尔和天文学家迪迪埃·奎洛兹 ， 就是凭借1995年首次在太阳系外发现一颗围绕主序星运行的行星 ， 共同分享了2019年诺贝尔物理学奖 。 这一次 ， 研究人员如何发现这颗银河系外的候选行星？发现这颗候选行星有什么意义？
光学望远镜难以直接观测遥远天体
天体距离地球越遥远 ， 就越难用望远镜直接观测 。 此前 ， 科学家寻找银河系外行星的主要方法是利用微引力透镜现象 。
南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇解释道 ， 遥远处背景天体发出的光线会受处于前景的天体引力所影响 ， 发生光线弯曲、光度增强等现象 。 在我们看来 ， 遥远处的天体就像被“增亮”了 ， 这种现象被称为微引力透镜现象 。
2018年2月 ， 一项发表在《天体物理学快报》上的研究宣称 ， 科学家首次发现银河系外的一群行星 ， 利用的就是微引力透镜现象 。
利用微引力透镜现象一度被认为是有效探测距地球遥远天体的唯一方法 。 周礼勇表示 ， 通过观察微引力透镜现象 ， 不仅可以确定银河系外行星的存在 ， 还能根据信号的特征频率推算出其质量 。 “不过 ， 行星引起的微引力透镜现象转瞬即逝 ， 且无法重复 ， 所以利用微引力透镜现象观察到的银河系外候选行星 ， 很难得到后续观测的进一步证实 。 ”周礼勇说 。
而对于“不那么遥远”的太阳系外行星 ， 最常用的探测方法包括凌星法和径向速度法 。
凌星法的本质是研究行星凌星所造成的恒星亮度变化 。 但造成恒星亮度变化的因素不只有行星的遮挡（凌星） ， 还有可能来自恒星本身的活动 。 就像太阳黑子、爆发等 ， 这些都有可能形成被测量恒星的光变曲线 。
周礼勇也表示 ， 系外行星距离地球比较远 ， 所以当它们掠过宿主恒星表面时 ， 如果行星半径相对于恒星而言很小 ， 我们很难在恒星的光变曲线中识别出凌星的信号 。 “这就像寻找1000公里外路灯下的一只萤火虫一样难 。 ”他说 。
相较于银河系内行星 ， 银河系外行星距离地球更加遥远 。 “距离我们几千万光年的银河系外 ， 单个恒星本身已经难以分辨 ， 其行星的凌星就几乎不可能观测到了 。 ”周礼勇说 。
突破口是忽强忽弱的X射线
寻找银河系外行星 ， 凌星法真的无能为力吗？
实际上 ， 迪斯蒂法诺研究团队所使用的X射线掩食法跟凌星法基本一致 。 “原理上都是一样的 ， 都能够给出遮挡与被遮挡天体相对大小的信息 。 ”中国科学院紫金山天文台副研究员陈果说 。
所谓掩食法 ， 即通过观测恒星的光线变化情况来寻找行星 。 当行星运行到观测者与恒星之间时 ， 恒星亮度会因行星的遮掩发生变化 。 如果这一变化存在周期性 ， 那么我们就有可能利用掩食法追踪到这颗行星的踪迹 。
银河系内的凌星观测大多在光学和红外波段进行 。 “因为一般恒星辐射的X射线较弱、辐射的可见光较强 ， 而且X射线会被地球大气吸收 ， 用X射线掩食法进行观测就比较难 。 ”周礼勇解释道 。
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