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【天文宇宙】NASA利用TESS发现前所未有的脉动红巨星集合

2021-8-11 05:45| 发布者: xxxxxxxxx| 查看: 19758| 评论: 0

摘要: ▼NASA利用TESS发现前所未有的脉动红巨星集合结合SDO十年数据和建模天文学家揭示了太阳“低音”的秘密天文学家首次捕捉到超新星爆炸最早时刻的详细画面研究人员宣布L 98-59b是迄今发现的最小系外行星科学家提出在月 ...

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NASA利用TESS发现前所未有的脉动红巨星集合
结合SDO十年数据和建模天文学家揭示了太阳“低音”的秘密
天文学家首次捕捉到超新星爆炸最早时刻的详细画面
研究人员宣布L 98-59b是迄今发现的最小系外行星
科学家提出在月球上建立引力波观测站的计划
Nauka意外推动事件对国际空间站的未来具有深远意义
朱诺号与两个天文台合作了解更多关于木星热量来源的信息

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NASA利用TESS发现前所未有的脉动红巨星集合

被称为凌日系外行星勘测卫星（简称TESS）的NASA任务非常成功，到目前为止已经发现了大量的系外行星。TESS是专门为探测围绕遥远恒星运行的行星而设计的，但NASA也利用该航天器进行了其他发现。最近，NASA转向利用TESS来发现红巨星。

NASA表示，使用TESS的天文学家已经发现了整个天空中的脉动红巨星集合。脉动红巨星有内部声波产生的节奏。NASA科学家Marc Hon说，利用TESS运行的前两年进行的恒星测量的初步结果，使该团队能够确定一些脉动红巨星的大小和质量。Hon还表示，随着时间的推移，TESS能够进行的测量将变得更加精确。Hon指出，最重要的因素之一是TESS的覆盖范围是多么的无可比拟，使科学家能够在几乎整个天空中统一进行测量。研究人员正在寻找能够穿过任何天体的声波。声波的反射和互动，意味着一些声波被抵消，而另一些则被加强。这种现象产生了一种叫做驻波的东西，。在恒星的表面之下，热气体上升、冷却，然后下沉，在那里它又加热。这种运动产生了不断变化的压力波，这些波是相互作用的声波，驱动稳定的振荡。这些振荡可以持续几分钟，并产生 TESS 可以检测到的轻微亮度变化。在2009年至2018年期间，法国领导的一个名为“对流、自转与行星掩蚀”的太空望远镜发现了天空中数以万计的脉动红巨星。TESS已经能够将这个数字扩大10倍。

结合SDO十年数据和建模天文学家揭示了太阳“低音”的秘密

结合美国宇航局太阳动力学观测站（SDO）的十年数据和相关的数值建模，天文学家近日揭示了太阳发出“深沉低音”的秘密。科学家们利用计算机模型表明，新发现的振荡是共振模式，其存在主要受到太阳的差异性旋转影响。这些振荡将有助于建立探测太阳内部的新方法，并获得有关我们恒星内部结构和动态的信息。科学家们在《Astronomy & Astrophysics》杂志上描述了他们的发现。

20 世纪 60 年代，太阳的“高音”首次被发现。数以百万计的声学振荡模式周期很短，接近 5 分钟，被太阳表面附近的对流湍流所激发，并被困于太阳内部。20 世纪 90 年代，这些5分钟的振荡一直被地面望远镜和空间观测站持续观测，并被太阳地震学家非常成功地用来了解我们恒星的内部结构和动力学。除了 5 分钟的振荡外，40 多年前就有人预测恒星中存在更长周期的振荡，但直到现在才在太阳上发现。这项新研究的主要作者、MPS 主任 Laurent Gizon说：“长周期振荡取决于太阳的旋转；它们在本质上不是声学。检测太阳的长周期振荡需要对太阳表面的水平运动进行多年的测量。SDO 上的太阳地震和磁力成像仪（HMI）的连续观测非常适合这一目的”。该小组观察到了许多数十种振荡模式，每一种都有自己的振荡周期和空间依赖性。一些振荡模式的最大速度在两极，一些在中纬度，一些在赤道附近。在赤道附近具有最大速度的模式是罗斯比模式（Rossby modes），该团队在 2018 年已经确定了这些模式。来自 MPS 的梁志超（Zhi-Chao Liang，音译）表示：“长周期振荡表现为太阳表面非常缓慢的漩涡运动，速度大约为每小时5公里--大约是一个人走路的速度”。来自 NSO 的 Kiran Jain 与来自 MPS 的 B. Lekshmi 和 Bastian Proxauf 一起，用全球振荡网络组（GONG）的数据证实了这些结果，该网络由美国、澳大利亚、印度、西班牙和智利的六个太阳观测站组成。为了确定这些振荡的性质，该小组将观测数据与计算机模型进行了比较。MPS 研究生 Yuto Bekki 解释说：“这些模型使我们能够看到太阳内部的情况，并确定振荡的全部三维结构”。为了获得模型振荡，研究小组从一个从日震学推断出来的太阳结构和微分旋转的模型开始。此外，模型中还考虑了上层对流驱动的强度，以及湍流运动的振幅。该模型的自由振荡是通过考虑太阳模型的小振幅扰动而发现的。表面的相应速度与观察到的振荡很匹配，并使研究小组能够识别这些模式。https://doi.org/10.1051/0004-6361/202141462

天文学家首次捕捉到超新星爆炸最早时刻的详细画面

澳大利亚国立大学(ANU)的天文学家跟NASA及一个国际研究团队合作拍摄了一颗比太阳大100倍的爆炸巨星的照片，这是前所未见的。超新星的图像--恒星的爆炸死亡--显示了在爆炸前第一个冲击波穿过恒星时产生的强烈的光爆发。

领导这项研究的博士学者Patrick Armstrong指出，这个被称为“冲击冷却曲线”的事件为什么类型的恒星导致了爆炸提供了线索。ANU的研究小组利用NASA的开普勒太空望远镜捕捉到了这一重大发现。Armstrong说道：“这是第一次有人如此详细地观察超新星的冲击冷却曲线。因为超新星的初始阶段发生得非常快，大多数望远镜都很难记录这一现象。”在开普勒望远镜捕捉到的数据中，研究人员看到了这一现象在三天内的显著上升和下降情况。天文学家利用新图像创建了一个模型来识别导致超新星爆发的恒星。他们认为这很可能是一颗罕见的黄色超巨星，体积是太阳的100倍、质量是太阳的17倍。这个国际研究小组能够证实，一个被称为SW 17的特定模型在预测哪种类型的恒星引发了不同的超新星方面是最准确的。他说道：“我们已经证明，在识别不同的超新星恒星方面，一个模型比其他模型工作得更好，且不再需要测试多个其他模型--而传统上是这样的。世界各地的天文学家将能使用SW 17，并相信它是识别变成超新星的恒星的最佳模型。”根据NASA的说法，超新星是一颗巨星的强大爆炸，是人类所见过的最大的爆炸。每次爆炸都是恒星极其明亮、威力无比的爆炸。因为它们被认为是宇宙中大多数元素的起源，所以它们非常重要。研究人员热衷于了解这些恒星是如何变成超新星的，这能帮助他们获取构成我们宇宙的元素起源的线索。据悉，开普勒太空望远镜于2017年捕获了这些数据并于2018年停用。它被设计用来盯着天空寻找遥远的行星。虽然其他望远镜提供的数据点分散在爆炸的上升和下降，但这一发现的数据是一条从开始到结束、坚实的线。不过新太空望远镜如NASA的凌日系外行星勘测卫星(TESS)可能会捕捉到更多的超新星爆炸。

研究人员宣布L 98-59b是迄今发现的最小系外行星

科学家所发现的大多数系外行星都是由开普勒任务或凌日系外行星勘测卫星（TESS）等大型调查所确定的。虽然这些项目在发现恒星方面非常出色，但它们大多只是告诉我们行星就在那里。了解一个太阳系外系统及其行星需要多次后续观测--以及与之相关的望远镜观测时间。

但是，正如本周发布的一项研究所表明的那样，后续观测可以提供关键信息。在其中，研究人员描述了对TESS所发现的一个三行星系统的观测。利用额外的观测结果，研究人员发现，很可能还有两颗TESS无法看到的行星，而它发现的一颗行星是迄今为止描述的质量最小的系外行星。这个系统被称为L 98-59，它有几个特性，使它成为后续观测的最佳候选者。一个优点是它相当近，至少从银河系的角度来看是如此，距离地球只有大约35光年。它还位于詹姆斯·韦伯太空望远镜的视野范围内，如果该任务成功到达其运行轨道，它将花很多时间对此进行研究。这意味着研究人员在获得足够的成像以研究该系统行星的大气层方面不会有太多的麻烦。TESS通过观察行星在其宿主恒星和地球之间经过时发生的光线下降来发现行星。因此，在这项研究之后，其他研究人员使用径向速度测量法进行观察，这种方法可以观察到当行星的引力将其拉向不同方向时，恒星的光线出现的变化。径向速度可以给我们提供一个行星可能的质量；结合TESS提供的行星的大小，这可以告诉我们一个行星的密度，从而提供关于其组成的提示。不幸的是，没有足够的望远镜时间来缩小这些不确定性。这篇新的论文提出了许多额外的观察结果，这些观察结果是通过连接到欧洲南方天文台在智利的超大型望远镜上的仪器完成的。分析这类数据的标准手段是确定由行星引起的最强的周期性信号，并将其从数据中删除，然后继续这样做，直到耗尽统计学上的重要信号。耐人寻味的是，当这种分析到了由TESS确定的三颗行星被移除时，仍然有信号留下。这些信号表明了第四颗行星的明确存在--以及第五颗行星的可能存在（四颗和五颗行星的模型与数据同样一致）。L98-59中有什么？要检查的一个明显的问题是，看看其他行星是否明显，但它们的信号没有被识别。为了检查这一点，研究人员依靠名为"Bad-Ass Transit Model cAlculatioN"（或称BATMAN）的软件。但是在过境数据中，这些行星就是不存在。这并不是一个大问题。过境依靠的是外太阳系的仔细排列，行星在与地球相交的平面内运行。如果不是每颗行星都精确地在这个平面内运行，那么从地球的角度来看，它们可能不会过境。尽管如此，这意味着研究人员要么需要额外的数据，要么需要仔细分析，寻找行星之间的引力相互作用，这可能会影响它们过境的时间。如果第五颗行星存在，它的质量大约是地球的2.5倍，所以它很可能是岩石行星。它也将处于L 98-59的宜居区的中间，在那里行星的表面可能存在液态水。然而，由于L 98-59的宜居区是如此之近，以至于该行星只需要23天就能完成一个轨道。因为径向速度探测可以告诉研究人员行星的质量，而观察行星的运行情况则可以告诉它的大小，所以研究人员现在知道了用两种方法探测到的三颗行星的密度。有两颗行星的密度比地球要小一些，这表明它们的结构相似。相反，第三颗行星的密度只有地球的一半左右，这表明它可能有多达30%的水--其可能一个海洋世界。另一个引人注目的发现是其中一颗类地行星——L 98-59b的质量。它的质量不到地球的一半，它是迄今为止发现的最小的已确认的系外行星。

科学家提出在月球上建立引力波观测站的计划

范德堡大学天体物理学家Karan Jani领导了一系列的研究，为月球表面的引力波基础设施提供了第一个案例。他表示，这项被称为宇宙学引力波月球观测站（GLOC）的实验，利用月球的环境和地心轨道来分析整个宇宙可观测体积的近70%内的黑洞、中子星和暗物质候选者的合并。

Jani说：“通过挖掘月球上的自然条件，我们的研究表明，可以从月球表面更好地测量最具挑战性的引力波频谱之一，到目前为止，从地球或太空似乎是不可能的。”哈佛大学科学教授、关于黑洞、第一颗恒星、寻找地外生命和宇宙未来等书籍的畅销书作者Avi Loeb说：“月球为最终的引力波观测站提供了一个理想的背景，因为它没有大气层和明显的地震噪音，我们必须以巨大的代价来缓解地球上的激光干涉仪。一个月球观测站将提供前所未有的灵敏度，以发现我们没有预料到的来源，这可能会让我们了解新的物理学。GLOC可能是月球表面科学皇冠上的宝石。”这项工作是在美国宇航局恢复其阿尔忒弥斯（Artemis）计划之际进行的，该计划旨在最早于2024年将第一位女性和下一位男性送上月球。包括SpaceX和BlueOrigin在内的航空航天公司正在进行的商业工作，也增加了月球表面雄心勃勃的科学基础设施规划背后的动力。Jani表示：“在未来几年，我们希望在月球上开发一个‘探路者’任务，以测试GLOC的技术。与只持续几年的太空任务不同，GLOC的巨大投资效益是它将在月球上建立一个永久基地，几代人可以在那里研究宇宙，实际上是本世纪的全部时间。”目前，该观测站是理论上的，Jani和Loeb得到了国际引力波界的强烈认可。“能与像Karan Jani这样富有创新精神的年轻思想家合作是一种莫大的荣幸，”Loeb说。“他可能会活得足够长，以见证项目的成果。”

Nauka意外推动事件对国际空间站的未来具有深远意义

7月29日，拖延已久的俄罗斯科学实验舱Nauka自动跟国际空间站(ISS)对接，这是空间站近15年多来的重要里程碑，休斯顿和莫斯科的任务控制中心终于松了一口气。然而在几个小时内，令人震惊的是，举办庆祝活动显然为时过早，因为ISS在轨道上遭遇了近25年比任何时候都更接近灾难的时刻。

尽管事故的直接原因仍在调查中，但有令人担忧的迹象表明，NASA可能会重复一些导致挑战者号(Challenger)和哥伦比亚号(Columbia)航天飞机及其机组人员失踪的失误。另外，由于政治压力似乎是造成这一问题的主要原因，只有具有严重政治影响力的独立调查才能扭转安全文化的任何侵蚀。让我们后退一步，看看我们知道发生了什么：在一个网络逻辑过程中，仍然不完全清楚，当Nauka模块从西北向东南飞越印度尼西亚时，它的自动驾驶仪显然决定了它应该飞离空间站。虽然实际上是连接在一起的且空间站一侧的锁闩也关闭了，但太空舱开始试图将自己排列起来并准备使用一个姿态调整推进器点燃它的主引擎。当推进器启动时，整个空间站也慢慢地被拖得歪斜起来。由于国际空间站远远超出了俄罗斯地面站的覆盖范围，并且由于苏联时代的全球跟踪船队和Luch中继通信卫星环绕世界的网络早已废弃，而且更换行动缓慢，甚至没有人知道Nauka正在启动推进器，直到NASA发现ISS的方向发生了轻微但越来越大的变化。

几分钟内，休斯顿的飞行指挥宣布了“飞船紧急状态”--这是空间站历史上的第一次--他的团队试图弄清楚怎样做才能避免ISS因旋转过快导致结构损坏。足球场大小的压力模块阵列、支撑梁、太阳能阵列、散热器面板、机械臂和其他机制被设计成在失重环境下运行。但它也可以处理来自定向推力和旋转力矩的压力。将ISS的太空舱连接在一起的接合锁闩的尺寸已经被调整以适应这些力量，另外还有一个舒适的安全边际，但这种规模的机动是从来没有预料到的。与此同时，空间站的自动姿态控制系统也注意到了这一偏差并开始发射其他推进器来抵消它。这些也在俄罗斯的空间站。美国唯一的定向控制系统是一套旋转飞轮，其可以在不需要推进器推进剂的情况下轻轻转动飞船结构，但它无法应对Nauka推进器的无情推动。后来的大众媒体报道称，专家团队手动指导机载系统进入行动，但具体的应对行动仍然不清楚--如果不是完全自动的话，那么可能大部分情况就是这样的。在危机开始一个小时后，电台终于在中欧跟俄罗斯的无线电联系上。这时推进器停止了，此时可能推进器的燃料耗尽了。俄罗斯部分的一半然后恢复了想要的方向。空间站离灾难有多近是一个悬而未决的问题，飞行指挥管在后来发布的推文中幽默地提到，当他从外部电视摄像机中看到太阳能电池板和散热器仍笔直地立在那里时，他从来没有像现在这样高兴过。俄罗斯和美国对接界面上的任何过度弯曲应力都需要进行快速泄漏检查。但即使旋转是“简单的”，不可否认的戏剧性事件对空间站的未来有短期和长期的意义。

朱诺号与两个天文台合作了解更多关于木星热量来源的信息

美国宇航局宣布，它正在与其他机构和观测站合作，以了解更多关于木星的信息。美国宇航局正在利用来自朱诺号（Juno）和日本久木卫星（Hisaki）以及W.M. Keck天文台的数据来解决木星上的热量来源问题。木星离太阳比地球远五倍，通常不被认为是一颗温暖的行星。美国宇航局说，根据木星接受的阳光量，上层大气应该在-100华氏度的范围内。然而，对大气层中的温度的测量显示，它大约是800华氏度。额外的热量究竟来自哪里，是围绕木星的最大谜团之一。

五十年来，科学家们一直在寻找该行星大气层中额外热量的原因，这个国际团队正在努力解开这个谜团，通过结合来自朱诺、久木和Keck天文台的观测数据，发现木星大气中额外热量的可能来源。JAXA研究员James O'Donoghue说，该团队发现木星拥有太阳系中最强大和最强烈的极光，强烈的极光负责加热了星球的整个上层大气。当带电粒子被击中行星的磁场时，就会产生极光。这些带电粒子沿着磁场中的线路向木星的两极旋转，撞击大气中的原子和分子，带来了光和能量的释放。在地球上，这一现象在天空中引起了美丽的光影秀，而木星之所以有如此强大的极光，要归功于其高度火山化的表面喷发出的物质。这种结合导致了木星两极地区上层大气的明显加热。有一种理论认为，极光可能是导致木星上的温度高于预期的原因，这种理论一直在流传，但这些是证实这一点的第一次观测。