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長(zhǎng)期以來(lái)，天文學(xué)家探測(cè)到了數(shù)顆在星際空間中孤獨(dú)漂泊的神秘天體——流浪行星候選體，但其是否為真正的行星始終缺乏確鑿的科學(xué)證據(jù)。由北京大學(xué)物理學(xué)院天文學(xué)系東蘇勃教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，利用十年一遇的天地同步觀測(cè)契機(jī)，首次成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)流浪行星候選體的直接質(zhì)量測(cè)量，確證其為一顆質(zhì)量與土星相當(dāng)?shù)男行?。這項(xiàng)為“流浪”行星“驗(yàn)明正身”的關(guān)鍵研究成果，2日凌晨發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。該刊一位審稿人評(píng)價(jià)：“此項(xiàng)研究是理解行星形成與動(dòng)力學(xué)演化的一個(gè)重要里程碑?！?/p>

東蘇勃告訴記者，流浪行星，是指那些不圍繞任何恒星運(yùn)行、獨(dú)自漂泊于星際空間的神秘天體。當(dāng)一顆流浪行星從背景恒星前方掠過(guò)時(shí)，其引力會(huì)如透鏡般彎曲星光，使恒星短暫增亮，稱微引力透鏡事件。近十年來(lái)，天文學(xué)家們通過(guò)地面巡天望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，已捕捉到約十例流浪行星候選體，但這些天體的核心身份——質(zhì)量，始終無(wú)法被獨(dú)立且準(zhǔn)確測(cè)定?！皳Q言之，這些候選體究竟是不是行星？屬于哪一類行星？長(zhǎng)期以來(lái)，天文學(xué)家們只能依賴統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行粗略估算，始終缺少‘一錘定音’的直接觀測(cè)依據(jù)。”

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2024年5月3日。當(dāng)時(shí)，韓國(guó)KMTNet項(xiàng)目與波蘭OGLE項(xiàng)目的地面望遠(yuǎn)鏡，共同捕捉到一個(gè)編號(hào)為“KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516”的候選體信號(hào)，增亮過(guò)程僅持續(xù)約兩天。研究團(tuán)隊(duì)敏銳意識(shí)到，歐洲空間局的蓋亞衛(wèi)星當(dāng)時(shí)恰好在掃描同一天區(qū)。“事實(shí)上，蓋亞衛(wèi)星通常每月才回訪同一區(qū)域，極難捕捉到僅持續(xù)一兩天的短暫事件。然而，這次在事件發(fā)生的窗口內(nèi)，蓋亞不僅正在觀測(cè)，更因其特殊的軌道方位，覆蓋了事件亮度峰值附近長(zhǎng)達(dá)16小時(shí)的關(guān)鍵階段，獲得了多達(dá)6次測(cè)量。這樣的巧合，在蓋亞超過(guò)十年的服役期內(nèi)僅此一次?！睎|蘇勃興奮地說(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)緊緊抓住了這次機(jī)遇，成功測(cè)量到了“微引力透鏡視差”效應(yīng)。東蘇勃說(shuō)：“這好比用間距極遠(yuǎn)的‘雙眼’觀看同一個(gè)場(chǎng)景。人眼依靠幾厘米的瞳孔間距產(chǎn)生立體視覺(jué)，而蓋亞與地面望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成的‘雙眼’基線長(zhǎng)達(dá)150萬(wàn)公里。具體而言，視差效應(yīng)導(dǎo)致從蓋亞視角看到事件峰值的時(shí)間，較地面視角晚了約兩個(gè)小時(shí)。正是這一時(shí)間上的差異，使得研究團(tuán)隊(duì)得以提取該候選體的距離信息，進(jìn)而將它的質(zhì)量和距離分別確定下來(lái)?！?/p>

最終分析表明，引發(fā)此次微引力透鏡事件的天體，質(zhì)量約為木星質(zhì)量的五分之一，即與土星相當(dāng)。這一結(jié)果首次確鑿證實(shí)，該候選體是一顆行星，從而排除了其屬于質(zhì)量更大的褐矮星或恒星的可能性。東蘇勃說(shuō)：“我們的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步表明，銀河系可能遍布著流浪行星，它們很可能是被原生行星系統(tǒng)‘拋射’出來(lái)而形成的?！?/p>

據(jù)介紹，這項(xiàng)成果不僅標(biāo)志著流浪行星研究步入精確測(cè)量新階段，其發(fā)展的微引力透鏡視差測(cè)量方法，更為下一代空間巡天望遠(yuǎn)鏡的大規(guī)模探測(cè)鋪平了道路。《科學(xué)》另一位審稿人指出：“這項(xiàng)成果非常令人振奮，凸顯了天地協(xié)同觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)和重要性，為即將發(fā)射的Roman空間望遠(yuǎn)鏡等項(xiàng)目提供了重要參考。”

東蘇勃表示，美國(guó)國(guó)家航空航天局計(jì)劃于今年晚些時(shí)候發(fā)射的Roman望遠(yuǎn)鏡，預(yù)計(jì)能系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)數(shù)百顆流浪行星。我國(guó)自主研發(fā)的中國(guó)空間站巡天空間望遠(yuǎn)鏡（CSST）預(yù)計(jì)于近期發(fā)射，其強(qiáng)大的光學(xué)巡天能力同樣適用于此類搜尋。此外，我國(guó)計(jì)劃發(fā)射的“地球2.0”（ET）衛(wèi)星，也將探測(cè)流浪行星列為其重要科學(xué)目標(biāo)之一。這些設(shè)備將幫助天文學(xué)家以大樣本回答一系列根本問(wèn)題：銀河系內(nèi)究竟有多少流浪行星？哪種行星更易被驅(qū)逐？

“目前，我們對(duì)流浪行星這一新興行星族群的認(rèn)識(shí)仍處于起步階段。”東蘇勃表示，“我期待CSST、ET和Roman等新一代空間巡天望遠(yuǎn)鏡將流浪行星的探測(cè)推向新階段，讓我們能更加深入理解銀河系中的行星系統(tǒng)是如何形成與演化的?！?/p>

原標(biāo)題：《天文觀測(cè)重大突破！我科學(xué)家為“流浪”行星測(cè)質(zhì)量》

欄目主編：張武 文字編輯：李林蔚 題圖來(lái)源：新華社

來(lái)源：作者：光明日?qǐng)?bào) 晉浩天