YETI: 年轻系外行星掩星观测动议

( 随着进入暑假,可能更多的同学开始了Happy的假期生活,这段时间内,可能AstroLeaks的更新频率也会随之下降
,但我们仍然会继续努力做到隔天更新,希望大家保持关注)

( 本文是一篇观测项目动议的介绍,内容是热门的系外行星的探测,但和一般的大望远镜,大设备,空间卫星的观测不同,本文计划的项目利用了地面上的小到中等口径的望远镜进行多纬度联测;既能帮我们了解一些更多的系外行星探测的知识,又能让我们了解一下小望远镜进行严肃科研项目的前景;值得一提的是,我国国家天文台兴隆观测站也参与其中,在我看到的一个早期版本的介绍中,云南天文台高美古观测站也在其中,希望知情的同学多给我们补充;另外,AstroBites也介绍了这篇文章,我很多地方参考了他们的介绍 )

标题:Young Exoplanet Transit Initiative (YETI)
作者:R. Neuhauser, R. Errmann, A. Berndt, G. Maciejewski, H. Takahashi, W.P. Chen 等
论文索引:astro-ph:1106.4244
编辑供稿: 黄崧 (南京大学)

基本概念:

简单的说,YETI (Young Exoplanet Transit Initiative),就是利用分布在世界上不同纬度的一系列小望远镜 (口径 20-60cm),对邻近的年轻星团做连续的测光的监测,从而利用掩星光变发现年轻恒星附近的行星系统。之所以要利用纬度上接近于连续分布的小望远镜阵进行这项观测就是为了在光变的时间覆盖上做到无缝对接,从而不漏过一次掩星过程。(参与项目的望远镜列于图一的表中,其中北京兴隆观测站和台湾鹿林观测站在列)

在本篇动议的开头,作者先是简单的分析了一下现有的系外行星探测的手段和限制。其中对于本文关注的围绕主序前星 (Pre-Main Sequence) 的年轻行星,目前主要通过直接成像的方法发现,数目很少,而且都是在离恒星比较远的位置上;目前也有利用掩星和视向速度结合的方法 (ESO 3.6m 望远镜上的 HARPS设备) 搜索年轻的行星系统的项目,但效率还是不够高,而且最终还是都要依赖视向速度的后续观测来验证。但是研究这类围绕着年轻恒星的系外行星,对于研究行星形成乃至于恒星形成的过程,太阳系的演化都有着重要的意义,简单的说,我们的太阳系已经是处于中年的恒星-行星系统了,大量的证据表明,早形成演化早期,太阳系的面貌很可能大不一样,比如最近的研究表示,在太阳系刚形成的时侯,木星可能处于现在火星的轨道上,然后慢慢迁移到现在的位置,这个过程也是为什么火星和他的邻居们比看起来像后娘养大的一样,而这些过程,现在已经都不可寻,只能从各种“化石”级别的证据上找寻蛛丝马迹。但是,如果在处于不同年龄,但都很年轻的恒星系统 (<100 Myr,最好是<10 Myr) 中找到了行星的存在,通过研究他们的年龄,质量,轨道,甚至统计性质,我们也能够从另一个角度甚至太阳系早期的状态。


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Fig.1: 参与YETI项目的望远镜列表

在YETI之前,已经有两个类似目标-通过监测年轻星团的方法寻找行星-的项目存在,他们是欧洲的CoRoT卫星对年轻星团NCG 2264和 MONITOR 项目对几个年轻星团的监测;CoRoT的项目可能还在进行中,但是MONITOR并没有能在观测中成功的找到年轻行星系统的存在,里面的原因可能很多,但本文作者认为,还是望远镜的纬度覆盖不够的好。

具体计划:

YETI具体的观测计划是选择一些邻近的年轻星团,利用一系列的望远镜在一个星期左右的时间内对该星团做大视场的连续监测,在一年中进行2-3次这些的观测,并在接下来的几年内重复,按照估计,应该有望在一个星团内至少发现一个年轻系外行星系统;简单算来,如果选择10个星团,应该就有望在相同的时间内发现10颗以上的系外行星。

由之前的观测可以知道,除了望远镜的纬度覆盖上可能有影响之外,在观测目标的选择上,也需要多下功夫。YETI项目为选择观测的年轻星团做了很严格的规定,主要标准有:

  • 1. 星团年龄年轻,但至少有1 Myr,这样才有比较大的可能有行星系统存在。
  • 2. 距离:不能太远但也不能太近,最好在 50到1000 pc之间;太近,很难做到大视场上的覆盖,太远,小望远镜的观测不靠谱。
  • 3. 星团在天空中的投影大小应该在1平方度左右。
  • 4. 没有被之前的相关观测项目监测过。
  • 5. 有尽可能多已知星等的年轻恒星。
  • 6. 位置上适合所有参与YETI的望远镜观测。
  • 除了目标的选择之外,YETI项目也对自己的观测能力做了仔细的估计,对于项目中的最具有代表性的 Jena 60/90 施密特望远镜,应该可以在R星等16.5的恒星周围探测到50 mmag的掩星现象 (这个值可以看作光变曲线上,掩星产生的“坑”的深度),如果对于14.5等的恒星,这个精度可以提高5 mmag。对于其他参与YETI项目的望远镜,要达到这两个精度所需要的恒星星等差别在1个星等左右。在这个观测精度下,对于探测到的年轻行星系统,应该可以估计出行星的质量和半径,从而可以估计密度和组成,对行星形成模型做进一步的考虑。


    fig2

    Fig.2: 作为第一批观测目标的Tr-37的星团

    观测示例:

    YETI项目第一批选择了Tr-37 (图2)和25 Ori两个星团作为第一批目标,并做了尝试性的观测;其中Tr-37已经从2009年到2011年开始做了每年20-30夜的观测,这个星团的年龄大概在4-6.7Myr,利用测光观测在星团中已经确认了732颗零龄主序和主序前恒星作为候选恒星,在这些观测中,YETI基本确认了自己的观测能力,并再次证实了做到24小时不间断连续观测对于寻找掩星过程非常的重要。

    在下面展示了一条典型的掩食双星的观测光变曲线,不同望远镜的观测在图中用不同的颜色来标注,其中粉色的十字符号标注的是兴隆的观测数据,而粉色的圆圈代表了鹿林的观测数据,这条曲线充分的显示出了YETI项目的能力和无缝对接观测的重要性。虽然目前YETI项目还没有明确的科学成果,但还是很值得我们关注的,除了对于研究系外行星的同学之外,YETI的观测对于年轻星团中各种光变天体都会产生很多新的数据,结合项目安排好的各种后续观测,应该在年轻恒星和行星系统的研究中产生不少有意思的结果;同时,我们也应该利用这样的项目学习一下现在,小望远镜可以做哪些事情。


    fig2

    Fig.3: Tr-37中一颗掩食双星的典型光变曲线。

    延伸阅读:

  • 1. 前些年某次小望远镜科学项目会议上的YETI的介绍
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