大自然的放大镜揭示意想不到的中等质量系外行星

天文学家发现了一种新的位置理论，即系外行星可能会改变行星的形成。质量在海王星和土星之间，它的位置在主星的“雪线”之外。如此规模的外星世界应该很少见。

来自马里兰大学和美国宇航局戈达德太空飞行中心(GSFC)的博士后研究员阿帕娜巴特查亚领导了这项发现的团队，该团队今天在西雅图举行的美国天文学会第233次会议上宣布了这一发现。

与此同时，研究人员利用近红外相机、第二代(NIRC2)仪器将系外行星的高分辨率图像附着在夏威夷莫纳克亚WM Keck天文台10m Keck II望远镜和哈勃太空望远镜的宽视场相机3(WFC3)仪器上，命名为OGLE-2012-BLG-0950Lb，从而确定它们的质量。

Bhattacharya说：“我们惊讶地看到，这个质量出现在中间巨型行星的预测质量间隙的中间。“就像在系外行星的沙漠中找到一片绿洲！”

“我对阿帕娜完成分析的速度非常满意，”合著者大卫贝内特说，他是马里兰大学和GSFC大学的高级研究科学家。“她必须开发一些新的方法来分析这些数据——这是一项从未做过的分析。”

令人难以置信的是，另一组天文学家(包括巴特查亚和贝内特)几乎同时发布了统计分析，表明这颗次级土星质量的行星毕竟并不罕见。

航天科学研究所的主要作者景岛乐铃木说：“当OGLE-2012-BLG-0950Lb的质量测量结果出现时，我们刚刚完成分析。"这颗行星证实了我们对统计研究的解释."

OGLE-2012-BLG-0950Lb的团队成果发表在12月《天文学杂志》上，统计研究发表在12月20日《天体物理学杂志》上。

OGLE-2012-BLG-0950Lb是统计研究中的次土星行星之一。所有这些都由微透镜检测。目前，这种方法只能灵敏地探测到质量小于土星的行星处于类似木星的轨道上。

微透镜利用爱因斯坦广义相对论的结果：光线在像恒星这样的大物体附近的弯曲和放大，并在天空中产生自然透镜。在OGLE-2012-BLG-0950Lb的情况下，来自遥远背景星的光在两个月内被OGLE-2012-BLG-0950L(系外行星的主星)放大，因为它在天空和背景星之间几乎完全对齐。

通过对对准过程中光线的仔细分析，观察到持续约一天的意外变暗，并通过其对镜头的影响揭示了OGLE-2012-BLG-0950Lb的存在。

方法

通过光学重力传感实验(OGLE)的微透镜测量望远镜与天体物理微透镜观测(MOA)的合作，首次探测到OGLE-2012-BLG-0950Lb。

Bhattacharya的团队随后利用凯克天文台强大的自适应光学系统，与NIRC2相结合进行后续观测。

班尼特说：“凯克的观测使我们能够确定，一颗大小为亚土星或超海王星的行星的质量是地球的39倍，其主星是太阳的0.58倍。“他们测量了前景行星系统与背景恒星的分离。这使我们能够计算微透镜事件的完整几何形状。没有这些数据，我们只知道行星的质量比，而不是单一的质量。”

为了进行统计研究，铃木的团队和MOA分析了微透镜发现的30颗亚土星行星的性质，并将其与核心吸积理论的预测进行了比较。

挑战理论

微透镜法的独特之处在于它对轨道超出主星“雪线”的OGLE-2012-BLG-0950Lb等亚土星行星的灵敏度。

雪线或霜线是年轻太阳系(也称为原行星盘)中的距离，那里太冷了，水无法凝结成冰。在雪线之外和之后，行星形成所需的固体物质数量急剧增加。根据核心吸积理论，认为固体首先通过化学和引力过程形成行星核心。

班尼特说：“核心吸积理论的一个关键过程被称为“不受控制的气体增加”。巨型行星被认为是通过收集大约10倍于地球质量的核心岩石和冰开始形成的。在这个阶段，氢和氦开始缓慢增加，直到质量加倍。然后，预计在这种不受控制的气体吸积过程中，氢和氦的增加将呈指数增加。当供应耗尽时，此过程停止。如果在不受控制的吸积停止之前停止天然气的供应，我们将得到质量为10-20个地球质量的“失败的木星”行星(如海王星)。”

根据基于堆芯吸积理论的不受控制的气体增加的情景预测，像OGLE-2012-BLG-0950Lb这样的行星很少见。地球的质量是地球的39倍，这种大小的行星被认为继续处于快速增长阶段。

束于一个更加庞大的行星。这一新结果表明，失控的增长方案可能需要修订。

铃木的团队比较了微透镜发现的行星恒星质量比分布与核心吸积理论预测的分布。

他们发现，核心吸积理论的失控气体吸积过程预测，与微透镜结果相比，OGLE-2012-BLG-0950Lb中等质量巨行星的数量减少了约10倍。

这种差异意味着天然气巨头的形成可能涉及现有核心吸积模型忽略的过程，或者行星形成环境随主星质量的变化而变化很大。

下一步

这一发现不仅质疑了一个既定的理论，而是利用一种新技术制造的，这项技术将成为美国宇航局下一次大行星发现任务的重要组成部分 - 广角红外探测望远镜(WFIRST)，计划推出在20世纪20年代中期进入轨道。

“这正是WFIRST将用它来测量它通过其系外行星微透镜测量发现的行星质量的方法。在WFIRST上线之前，我们需要通过我们的Keck Key战略任务支持(KSMS)计划的观察来开发这种方法以及哈勃的观察，“贝内特说。

凯克天文台首席科学家约翰·欧米拉说：“看到凯克和哈勃结合力量提供这一令人惊讶的新结果，真是令人兴奋。”“同样令人兴奋的是，我们今天可以取得这些进步，以帮助推动WFIRST和Keck未来合作的最佳科学。”

NASA Keck KSMS计划将继续对望远镜在地面和太空中探测到的微透镜事件进行后续观测。