自转超快的系外行星
作者：Shannon Hall
译自SkyandTelescope.com，2014年4月30日
在新生恒星周围的气体尘埃盘中，颗粒彼此抓住，形成了石块，然后是砾石，然后是星子，最后形成行星。在一日（实际是数百万年）终结之时，原始盘面的角动量被镌刻在了每颗行星的自转之中。
但是其中准确的细节还不为人知。在我们的太阳系中，气体巨行星比内行星自转更快。举例来说，木星上的一天只有10小时。在质量和自转之间似乎存在粗略的关系，但是天文学家手头只有8颗行星能充当研究样本。
太阳行星以及系外行星绘架座Beta b的质量与自转速度的关系。（图片提供：Ignas Snellen, Leiden Observatory）
为了延伸到太阳系以外，我们需要的是测量远方暗淡的系外行星的自转。现在由荷兰莱顿天文台的伊格那斯·斯耐仑（Ignas Snellen）领导的一个研究小组率先提出了一种可以完成这一挑战性工作的方法，他们将望远镜对准了绘架座Beta b这颗年轻的系外行星。
这颗系外行星的质量是木星的4到11倍，环绕其距离地球63光年的行星一周需要20年。它在天文学意义上仍旧年轻，由于形成过程的残存热量，会在红外波段发出辐射。现在斯耐仑的近红外观测表明，这一行星自转速率比太阳系中的任何行星都要快得多。它的自转速率是每秒25千米，快于木星的每秒13.3千米与地球的每秒0.5千米。
这一结果是意料之内的——4月30日在《自然》杂志上公布的结果与太阳系中的大致关系相符。然而斯耐仑说：“非常让人惊讶的是，行星质量与自转速率之间存在漂亮的关系。人们会预期到，地球这样的岩石星球与木星和绘架座Beta b这样的气体巨行星在形成过程中的吸积过程是非常不同的，而正是这一过程为行星赋予了角动量。”
观测行星的自转
从原理上看，测量系外行星的自转简单得富有欺骗性。当观测旋转的系外行星时，星球的一半会转离地球，而另一半转向地球。转离地球的半边光谱会表现出红移（谱线会拉长到更红的波长上），而转向地球的那半边会表现出光谱蓝移。
红移与蓝移结合到一起的结果就是让系外行星光谱中的任何谱线都增宽了，而谱线越宽，自转就越快。
但是要将遥远因而暗淡的系外行星谱线与主星光谱分开，往轻里说是富于挑战性的。
一氧化碳线的多普勒致宽结果。它略略偏离位于每秒-15千米的峰值，说明这一行星当前在轨道上略略靠近地球。（图片提供：Snellen et al.）
斯耐仑说：“有两种方法，也就是径向速度法和高对比度成像法，对于系外行星的发现来说是非常成功的。前者通过高精度分光观测来测量由行星引起的恒星规律运动，后者可以将行星与主星从空间上区分开来。我们开发了一种技术，将这两种方法结合起来，从光谱与空间两个方面过滤出了来自行星的光线。”
小组在使用智利4架8.2米甚大望远镜（VLT）观测绘架座Beta b时运用了这一技术。观测在不到一小时内就结束了，对于如此富有挑战性的观测来说，这一时间短得惊人。
检验行星形成的理论
与太阳系中的大多数行星一样，绘架座Beta b的自转看起来是垂直于系统形成的平面的。来自亚利桑那大学的专家特拉维斯·巴曼（Travis Barman ）说，这是由于我们可能在观测侧向的盘面，而新的技术说明，我们观测的行星是侧对我们的（两极朝向我们的行星在我们看来自转可以忽略不计了）。
但是对这一系统构型的最终检验要等到2017年或2018年才能进行，那时该行星有机会发生凌星现象。
同时这一新的技术可以用于其他的系统。斯耐仑的小组只将星光减弱了20倍。但是去年11月开光的双子行星成像仪以及计划今年5月开光的SPHERE都是用于直接拍摄系外行星的设备，它们可以将星光减弱1000到10000倍。
斯耐仑说：“我们‘只’需要将这两台仪器与高精度光谱分析结合起来，用上我们的技术，并让这一技术的威力比现在提升数百倍。观测邻近恒星宜居区内的类地岩质星球要比这次难上数千倍，不过对于未来的极大望远镜来说也是在力所能及的范围之内的。”
参考文献：I·斯耐仑等人，《年轻系外行星绘架座Beta b的快速自转》，《自然》，2014年4月30日
