令人惊叹！美国宇航局罗曼空间望远镜未发射先震撼科学界

一旦美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜在接下来的12到18个月内发射，它将超越科学家最初的预期。研究人员确认，罗曼能够测量超过30万颗红巨星表面涌动的巨大地震波。

罗曼是一台巡天望远镜，拥有与哈勃太空望远镜相同的8英尺（2.4米）镜面，但视野大100倍。除了研究暗物质和暗能量，罗曼的核心调查之一是银河核时域调查，在这项调查中，将研究银河系中心隆起的数百万颗恒星，主要是为了寻找系外行星。这个想法是利用引力微透镜来寻找行星。引力透镜是一种在天体物理学中常用的技术，用于研究遥远的物体；由于时空根据广义相对论的方式扭曲，某些巨大的宇宙物体（例如星系团）会扭曲附近光线的传播，从而放大、扭曲并复制通过我们的望远镜看到的光源。引力微透镜是指在较小尺度（如行星尺度）上发生的引力透镜现象。

在注视着隆起中数亿颗恒星时，罗曼偶尔会看到一些闪烁，在一个看不见的前景行星的引力作用下，它们的光芒会暂时变亮，然后又移出对齐。然而，微透镜并不是唯一导致恒星光芒闪烁的现象。恒星是不断变化的，内部充满了巨大的对流气泡，这些气泡不断上升到它们沸腾的表面。振荡也在它们的内部回响，使它们颤动。这些振荡的频率取决于恒星的温度、结构和成分，当振荡突破到表面时，它们可以导致恒星暂时、微妙地变亮。

研究这些恒星振荡的科学称为恒星震动学，振荡的频率可以揭示被观察恒星的质量、大小和年龄。反过来，更好地理解恒星可以帮助天文学家了解围绕它们的行星的一些特性。

“通过恒星震荡学数据，我们将能够获得关于系外行星宿主恒星的大量信息，这将让我们对系外行星本身有更深入的了解，”加州州立大学长滩分校的研究负责人特雷弗·韦斯在一份声明中表示。

开普勒太空望远镜通过观察过境来寻找系外行星，能够对15万颗恒星进行恒星震荡测量。在评估罗马望远镜是否也能做到这一点时，韦斯的团队将开普勒数据集应用于罗马的观测能力模型。特别是，他们发现罗马在探测红巨星的恒星振荡方面非常擅长，这些恒星既明亮（使其更容易被探测），又具有高频率的振荡，周期从几小时到几天不等。这与罗马的银河系隆起时域调查非常契合，该调查每12分钟持续关注数亿颗恒星，分为六个70.5天的周期，这意味着它将能够捕捉到红巨星的震动。

“用罗马进行恒星震荡学研究是可行的，因为我们不需要让望远镜做任何它本来就不打算做的事情，”俄亥俄州立大学的马克·平索内尔说。“罗马任务的强大之处在于，它的设计部分是为了推动系外行星研究，但我们也将获得丰富的数据，涉及其他科学领域，超出其主要研究方向。”

这个膨胀体包含了超大质量黑洞 人马座A*，是银河系中最古老的部分。它的许多恒星现在正在老化，逐渐脱离主序星阶段（这就是我们所称的它们在核心中通过氢的聚变生成能量的生命阶段）。

离开主序星后，质量小于八个太阳质量的类太阳恒星的下一个演化阶段是膨胀并成为红巨星。罗马对可观察到的红巨星的初步估计是290,000，但更深入的分析发现，实际数量可能要高得多。

“现在我们知道调查将采用12分钟的观测周期，我们发现这使得我们的星震探测总数超过了300,000个，”韦斯说。根据某些假设，总数可能高达648,000个红巨星在其观测范围内，其中358,000个位于膨胀体内。

“这将是有史以来收集的最大星震样本。”韦斯说。

了解宿主恒星的特性将帮助天文学家更好地理解他们发现的行星，比如它们是否位于适居带。这些观测还将提供线索，帮助我们了解行星系统的未来，尤其是当恒星开始逐渐死亡，演化为红巨星，并抛弃外层，最终留下一个死去的白矮星。这一过程发生的时间取决于恒星的质量。质量更大的恒星寿命比质量较小的恒星短。在膨胀和抛弃阶段，任何靠近恒星的行星都会被摧毁。

在我们太阳系中，水星、金星，以及可能的地球都注定要灭亡。然而，微透镜效应有一个优势，就是能够探测到距离恒星更远的行星，甚至可能在红巨星阶段幸存。通过探测红巨星周围的行星及其轨道，这将帮助天文学家更好地理解我们太阳系行星的命运，以及一个世界必须距离恒星多远才能幸存。天文学家已经注意到围绕红巨星的行星数量存在缺失，而罗马的发现将进一步巩固我们对演化行星系统的理解。

“我们的工作将阐明整个星系的统计特征——它们的典型丰度和年龄——让系外行星科学家能够将罗马的测量放入背景中，”平森诺特说。

罗马的星震学发现不仅会教会我们关于行星系统的知识，而且基于星震学读数的恒星年龄将作为银河系历史的指引，尤其是其隆起部分。

“其实，我们对银河系的隆起了解得不多，因为有很多尘埃干扰，只能在红外光下才能看到它，”平森诺特说。“那里可能有令人惊讶的星群或化学模式。如果那里埋藏着年轻的恒星，那会怎样呢？罗马将为我们打开一个完全不同的窗口，观察银河系中心的恒星群。我已经准备好迎接惊喜了。”

例如，如果罗马测量更大质量的红巨星的震荡，年轻的恒星群体可能会被发现。这是因为更大质量的恒星寿命较短，因此它们的形成时间相对较晚。

罗马空间望远镜计划于2026年秋季到2027年5月之间发射。与此同时，其星震学能力的新评估已在《天体物理学杂志》上发表。