VLTI研究系外行星環境的黃道光

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原文標題：VLTI Detects Exozodiacal Light原文作者：Steve Ertel，Lindsay Marion，Jean-Charles Augereau；Richard Hook副標題：New challenge for direct imaging of exo-Earths來自：ESO官網；發表時間：2014.11.3翻譯：gohomeman1 審校：Linq （編譯版權所有，未經許可請勿轉載）

把歐洲南方天文台（ESO）的甚大望遠鏡干涉儀（VLTI）的能力發揮到極致，一個國際天文學家團隊已經在9顆鄰近恆星的宜居帶附近，探測到了異星的黃道光。黃道光是彗星蒸發、小行星相互撞擊後形成的塵埃反射星光而產生。在恆星周圍的內層空間存在如此大量的塵埃，對將來直接拍攝系外類地行星構成了新的挑戰。

系外行星上看到黃道光的模擬圖，大圖：26.4MB，版權：ESO，研究者團隊。

藉助ESO的甚大望遠鏡干涉儀（VLTI，注1），一個國際天文學家團隊在近紅外波段觀測了92顆鄰近恆星，希圖從中找到位於宜居帶的熱塵埃形成的黃道光，並與早期的觀測相比較（注2）。結果VLTI在9顆恆星周圍觀測到異星的黃道光，它們來自較熱的黃道面塵埃本身的發光，以及這些塵埃反射的星光。在地球上晴朗的無月暗夜，我們在（秋天）黎明前、（春天）黃昏後能看到一片瀰漫的暗淡白光，這就是黃道光。它們來自（太陽系大行星軌道平面附近）行星際塵埃反射的陽光，因此靠近太陽方向較亮。黃道光不但能在地球上看到，也能在太陽系的任何地方觀測到（只要你的儀器夠強，譯註）。本例中天文學家研究的輝光，非常類似於太陽系中的黃道光。雖然異星世界的黃道光此前已經發現，本例卻是首次對該現象進行大規模的系統性研究。與早期觀測對比後，團隊並沒有觀測到未來將形成行星的塵埃雲，但發現了由數千米大小的小天體相撞產生的塵埃。這些小天體稱為星子——類似於太陽系中彗星、小行星級別的天體。此類塵埃也是太陽系中黃道光的來源。研究報告首席作者、ESO兼法國Grenoble大學的Steve Ertel介紹說：「假如我們想研究宜居帶中類地行星的演化，我們有必要觀測其他行星該區域中的黃道塵。在外星世界發現並刻畫這些塵埃的性質，是研究其行星體系結構和演化方式的途徑之一。」在刺眼的中央恆星周圍觀測暗淡的塵埃，需要觀測儀器具有高對比度和高解析度。干涉儀——收集來自多個不同望遠鏡的光並光經過完全等長的路徑上進行干涉，還應使用近紅外光，是能夠實現觀測目的並進行研究的唯一設施。通過把VLTI的觀測能力和執行效率發揮到極致，團隊使得數據精度比全球其他設備的好了十倍。對每一顆觀測恆星，團隊使用1.8米輔助望遠鏡把光導入VLTI干涉儀。在VLTI中，延伸塵埃盤產生的較暗黃道光，與恆星產生的強光相分離。通過分析圍繞著黃道光的恆星性質，團隊發現大部分的此類恆星偏向老齡化。這個結果完全出乎意料，而且使我們理解行星系統變得問題更多。隨著星子數量因破壞而減少，任何由星子碰撞產生的塵埃都會隨著時間而逐漸消逝（塵埃本身因恆星風、光壓、落入恆星等等原因，也是逐漸減少，除非有另外的補充方法，譯註）。觀測的樣本中還包含14個已經報道探測到系外行星存在的恆星。所有這些系統中的行星，都與系外黃道光所在的區域重合。系外行星系統中，行星與黃道光這種（同區域共存）的關聯性，可能成為將來天文學家的研究難題。

帕拉納爾天文台拍攝的黃道光，大圖：13.3MB。

系外黃道光的輻射，即使很弱，也使得未來對系外類地行星的直接成像變得越發困難。這次巡天中發現，外星世界的黃道光，比太陽系中的強了上千倍。但是，包含與太陽系類似水平黃道光的恆星，很可能比本次巡天中發現的恆星多得多（因為觀測技術限制，弱黃道光顯然看不到，但並不表明它們不存在，譯註）。本次觀測僅是對外星世界黃道光詳細研究的第一步。研究報告合作者、（比利時）列日大學的Olivier Absil總結說：「發現高比例的明亮黃道光表明，本次巡天中肯定存在大量未發現的暗系統，但仍舊比太陽系的黃道光亮很多。如此多的系外行星系統存在濃密塵埃，對未來計劃直接拍攝類地行星，顯然是個障礙。」S. Ertel團隊的研究報告發表在《天文學和天體物理學》期刊上，標題：「帶塵埃盤恆星的近紅外干涉巡天4：使用VLTI的PIONIER儀，在H波段對南天92個無偏樣本恆星的觀測。」同一期刊物上發表了L. Marion團隊的補充報告：「使用VLTI的PIONIER儀進行暗伴星搜尋報告2：在系外黃道光巡天的92顆主序星中。」附註1、團隊使用了VLTI上的精密積分光學近紅外干涉實驗儀（PIONIER），該儀器能同時連接帕拉奈爾天文台VLT群的4台輔助望遠鏡或者4台主鏡。這樣不但能提供高解析度的目標圖像，還能大幅提高效率（本例中的PDF插圖過於專業化，就不顯示了）。2、先前的觀測由喬治亞州大學的高角解析度天文中心（CHARA）操作的天文光學干涉儀陣列實施，採用光纖束傳送觀測信號。3、作為該觀測的副產品，發現了好多顆預料之外的、圍繞樣本中相對大質量恆星運轉的伴星。使用同一樣本數據、實施本項輔助工作並發表研究報告的首席作者Lindsay Marion解釋說：「這些新發現的伴星將修正我們對此類恆星的認識：類太陽恆星事實上有多少比例是雙星。」