引力波還能幹嘛？可以用引力波，探測系外行星！

在《自然天文學》上新發表的一項研究論文中，來自波茨坦的馬克斯普朗克引力物理研究所(愛因斯坦研究所/AEI)和位於巴黎薩克萊的法國替代能源和原子能委員會(CEA)的研究人員提出，計劃中的天基引力波天文台LISA如何能夠探測到銀河系各處和附近麥哲倫星雲中環繞白矮星雙星運行的系外行星。這種新方法將克服目前電磁探測技術的某些限制，並可能使LISA探測到的行星質量可達50個地球。

在過去的二十年裡，關於系外行星的知識有了顯著增長，已經發現了4000多顆圍繞各種恆星運行的行星。到目前為止，用來發現和描述這些系統的技術都是基於電磁異塵餘生，而且僅限於太陽附近和星系的某些部分。波茨坦AEI的研究員尼古拉·塔馬尼尼博士和同事、CEA/Saclay(巴黎)的研究員卡米拉·丹尼爾斯基博士展示了引力波天文學如何克服這些限制。科學家們提出了一種利用引力波來尋找圍繞雙星運行的系外行星方法。

白矮星是非常古老的恆星殘骸，它們曾經與太陽相似，LISA將測量來自數千個白矮星雙星的引力波。當一顆行星圍繞這樣一對白矮星運行時，觀測到的引力波模式與沒有行星的雙星相比將會有所不同。引力波形的這種特徵變化將使我們能夠發現系外行星。新方法利用了行星對白矮星雙星引力引起引力波信號的多普勒頻移調製。這種技術是引力波模擬徑向速度法，徑向速度法是一種用標準電磁望遠鏡發現系外行星的著名技術。

然而，引力波的優點是它們不受恆星活動影響，而恆星活動會阻礙電磁發現。在新研究論文中，Tamanini和Danielski展示了即將到來的ESA任務LISA(雷射干涉太空天線)，計劃於2034年發射，可以探測銀河系各處白矮星雙星周圍木星質量的系外行星，克服了電磁望遠鏡距離的限制。此外，LISA將有可能探測到附近星系中的系外行星，這可能會導致發現第一顆系外行星。LISA將瞄準一個尚未被完全探測到的系外行星種群。

從理論角度看，沒有什麽能阻止系外行星圍繞致密的雙星白矮星存在。如果這些系統存在並被LISA發現，科學家們將獲得新的數據來進一步發展行星演化理論。將更好地了解一顆行星能夠在恆星紅巨星階段生存的條件，並將測試第二代行星的存在，即，紅巨星期之後形成的行星。另一方面，如果LISA沒有探測到圍繞白矮星雙星運行的系外行星，科學家們將能夠了解銀河系行星進化的最後階段。

博科園｜研究/來自：馬克斯·普朗克學會

參考期刊《自然天文學》

DOI: 10.1038/s41550-019-0807-y

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