罗斯508与罗斯508b

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翻译：甘林

校译：余路汉

审阅：牧夫天文校对组

编排：苏奕月

后台：李子琦 胡永葳 李鸣晨

https://subarutelescope.org/jp/results/2022/07/31/3076.html

IRD斯巴鲁战略计划（IRD-SSP）使用搭载在昴星团望远镜上的红外线分光器IRD，发现了最初的太阳系外行星(以下简称系外行星)。这颗行星“罗斯508b”是质量约为地球4倍的超级地球，位于宜居带附近。该行星表面的水可能以液体形式存在，今后将成为验证低温度恒星周围生命适居性的重要观测对象。

图1:此次发现的系外行星系示意图。绿环表示行星表面的宜居带(HZ)，其中水可以以液体的状态存在。行星“罗斯508b”以红矮星“罗斯508”为中心，沿着椭圆轨道(淡蓝色的线)进行公转。估计轨道的一半以上是HZ以内(实线部分)，剩下的是在HZ内(虚线部分)。

(图片来源 :astrobiology center)

以发现类似太阳的恒星周围的巨大行星为契机，近年来系外行星的研究取得了很大的进展。现在，比太阳轻的，被称为红矮星的恒星周围受到了广泛关注。红矮星占银河系恒星数量的四分之三，在太阳系附近也有很多红矮星，它们是我们发现附近系外行星的绝佳观测对象。

如果找到能够对其大气和表层进行详细观测的系外行星，我们便可以进一步讨论在与太阳系大不相同的环境中是否存在生命。

但是，红矮星的表面温度在4000度以下，是在低温、可见光下非常暗的天体。以往使用于行星探测的可见光分光器，在适用于像「比邻星B」这样登记的红矮星上时，其有效探测限定在了与红矮星极其靠近的行星上。特别对于表面温度低于3000度的红矮星(晚期红矮星)更是连有效的行星探测都做不到(注1)。

红矮星是研究宇宙生命的重要对象，但由于其可见光太暗而难以观测。为了解决对红矮星进行光谱观测的困难，在红矮星相对明亮的红外线下，利用高精度光谱仪进行行星探测一直是人们的课题。

Astrobiolog Center成功开发了世界首台用于8米级望远镜的高精度红外分光器。这就是昴星团望远镜的红外线多普勒装置IRD (InfraRed Doppler)。使用多普勒方法，可以检测出类似人类走动程度的恒星晃动。可以检测出恒星的晃动速度与人走路的速度差不多(注3、注4)。

使用IRD进行战略观测晚期红矮星并探测行星的项目(IRD- ssp)是从2019年开始的。这是世界上首次围绕晚期红矮星进行系统的行星探测，是国内外约100名研究人员参加的国际项目。最初的两年，为了发现噪声小且“稳定”红矮星而进行了筛选观测 (注5)。现在，筛选出50颗左右有希望的晚期红矮星，并进入到集中观测阶段。

此次，IRD-SSP的第一颗系外行星在距离地球约37光年、重量只有太阳五分之一的红矮星“罗斯508”(注6)周围被发现。这是世界上首次利用红外线分光器进行系统探测发现的系外行星(注7)。这颗行星“罗斯508b”的最低质量大约是地球的4倍(注8)。它与中央恒星的平均距离是地球和太阳距离的0.05倍，位于宜居带内。有趣的是，这颗行星很可能拥有椭圆轨道，在这种情况下，它将以约11天的公转周期穿越宜居带(图1、图2)。

图2:IRD观测到的恒星“罗斯508”的径向速度的周期性变化。以行星“罗斯508b”的公转周期(10.77日)折回。罗斯508的视线速度变化不到每秒4米，IRD捕捉到了比人跑步还慢的极其微小的摇晃。红色曲线是观测值的最佳契合度，偏离正弦曲线表示行星的轨道很可能是椭圆的。

(图片来源 :astrobiology center)

位于宜居带的行星表面有水，可能会孕育生命。罗斯508b今后将成为验证红矮星周围行星生命可居住性的重要观测对象。但由于行星与恒星的距离很近，用现在的望远镜进行直接摄像观测的分辨率还不够，对于行星大气的分子和原子的光谱观测也很重要。将来，它将成为30米级望远镜进行生命探测的观测对象。

迄今为止，包括比邻星b在内，人们只知道到3颗围绕于低温度星的行星。我们期待通过IRD-SSP继续发现新的行星。

关于SSP-IRD发现最初行星的意义，论文的主要作者原川纮季研究员(国立天文台夏威夷观测所)这样说道。“罗斯508b是世界上首次仅使用近红外光谱数据就成功探测到的超级地球。在此之前，在发现像超级地球这样的轻型行星时，仅靠近红外线观测的精度是不够的，还需要通过可见光的高精度径向速度测量进行验证。本研究表明，IRD-SSP可以单独探测到行星，而且还展现出IRD-SSP可以对用可见光难以观测的晚期红矮星进行高精度探索的优势。”

领导IRD-SSP的东京工业大学教授佐藤文卫说：“IRD计划开始到现在已经14年了。我们为了找到像罗斯508b一样的行星，不懈地进行开发和研究。 这次的发现，得益于IRD高的装置性能和昴星团望远镜的大口径，以及使集中且高频度的数据获取成为可能的战略框架观测框架。IRD-SSP将继续精力充沛地探索低温红矮星这一前所未有的恒星周围的行星，以期获得新的发现。”

本研究成果刊载于2022年6月30日版的《日本天文学会欧文研究报告》(Harakawa et al. " asuper - earth Orbiting Near the InnerEdge of the Habitable Zone around the m4.5 -dwarf Ross 508")。

(注1)行星穿过恒星正面时，通过凌日法检测恒星亮度的变化，并不需要像多普勒法分光那样需要很多的光子，所以近年来通过凌日法对红矮星周围的行星进行探测取得了很大的进展。通过TESS卫星的凌日行星探测，可以发现温度较高的红矮星(早期红矮星)周围的类地行星。

(注2)例如，从30光年远的位置看到的太阳的亮度，可见光是5星等，红外线是3星等。另一方面，最轻的晚期红矮星在可见光中只有19星等，非常暗，但在红外线中是11星等，比较亮。

那就会自动启动三评程序，如果三评老师给出的分值也超出了阈值，则将启动仲裁程序。

(注3)凌日法只能检测到行星轨道沿着视线的行星，而多普勒法则可以不受其在天球面上的位置影响而检测到行星。另外，这也是了解行星“质量”的重要方法。

(注4)IRD利用红外线观测的优势，除了行星检测以外，还在确定类地行星和年轻行星的轨道、行星大气检测等方面取得了最尖端的成果。

(注5)红矮星由于耀斑等表面活动高，即使没有行星存在，其表面活动也有可能导致恒星的径向速度发生变化。因此，只有表面活动较小且稳定的红矮星才能成为像地球这样的小行星的探测对象。(事实上，与可见光相比，红外线由于表面活动的影响减小，在相同精度的情况下，红外线观测对行星的检测更有利。但是，为了发现像类地行星这样的轻行星，观测活动性尽可能小的红矮星，无论是可见光还是红外线都很重要。)

(注6)罗斯508是弗兰克·埃尔莫尔·罗斯(F. E. Ross，美国，1874-1960)出版的固有运动的大恒星列表中的第508个天体。

(注7)为了确认所发现的罗斯508的周期性波动是否真的是行星造成的，IRD-SSP小组梳理出了一些可能与行星混淆的恒星活动的指标(恒星亮度变化和一些放射线形状变化的指标)。 这些指标的周期和行星周期有明显的不同。这比用多普勒方法确认凌日法所公布的候选行星更难，但这是检测不发生凌日的行星必不可少的方法。

(注8)只使用多普勒方法，原理上可以计算出行星质量的下限值。假设是能够观测到凌日的行星系，结合其结果就能精确地计算出行星质量。

责任编辑：王雨阳

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