尽管迄今已发现超过6000颗系外行星,但关于其他行星系统中存在卫星的确凿证据一直缺乏。最新研究聚焦于距离地球73光年的棕矮星CD-35 2722 B,挑战了这一现状。

棕矮星是一种介于行星和恒星之间的天体,质量不足以成为恒星。CD-35 2722 B的质量约为木星的37倍,绕行质量约为太阳40%的恒星CD-35 2722,二者视角距离约为2.8角秒。

研究团队利用欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)上搭载的CRIRES+红外光谱仪,于2023年10月至2026年2月间共观测了CD-35 2722 B 23个夜晚。通过多普勒方法,科学家捕捉到CD-35 2722 B因另一天体引力牵引而产生的轻微摆动。

该方法利用天体光谱中的多普勒效应,记录径向速度变化,从而估算系外行星的质量、轨道周期和轨道偏心率。1995年发现首颗绕类太阳恒星运行的系外行星时,也采用了此技术。

由于CD-35 2722 B距离其主星较远,研究人员得以直接获取其光谱,几乎不受主星光线干扰。此前类似尝试也曾针对其他棕矮星和行星进行。本研究结合了高波长分辨率仪器和极小的光谱污染,使测量精度提升至以往的100倍。

该研究成果于上月发表在《自然》杂志上,揭示了一个强烈信号,表明存在一颗大卫星绕行周期约170天,质量至少为木星的0.9倍。按质量比计算,该卫星约占棕矮星质量的2.5%,远高于太阳系中任何卫星的质量比例。太阳系中质量比最高的地月系统约为1.2%,而木星和土星的卫星质量比则更小。

为确认信号确实由卫星引起,团队排查了其他可能因素,包括地球轨道运动修正误差导致的周期性信号、大气条件季节性变化以及棕矮星自转影响。

此外,研究人员计算了罗氏极限(卫星被潮汐力撕裂的边界)和希尔半径(棕矮星引力影响范围),确认该卫星轨道处于物理稳定范围内。

研究人员表示,这是首次利用该方法获得绕棕矮星伴星运行卫星的证据。几个月前,另一团队在观测HD 206893恒星系统时,曾通过VLT干涉仪获得卫星存在的线索,但尚未实现明确探测。

此次发现的天体处于一个独特位置,无法完全用太阳系卫星的传统框架理解。智利迪亚哥波塔莱斯大学天体物理学家Alice Zurlo表示:“在太阳系中,行星和太阳界限清晰,定义卫星相对简单。但在CD-35 2722系统中,恒星、行星和卫星的界限模糊,描述起来更复杂。”

目前尚不清楚该天体是否应被称为卫星。欧洲南方天文台指出,尚无官方认可的系外卫星定义,研究者使用“系外卫星”一词。论文也承认该天体是否符合未来卫星标准尚不确定,但此次发现是迈向明确探测的重要一步。

研究人员认为,这一发现将推动未来行星形成和天体力学理论的新方向。此外,如果存在类似论文中所述的较小岩质卫星,棕矮星的潮汐加热可能为其创造适合生命存在的环境,即使距离恒星较远,这对寻找地外生命具有重要意义。

未来,配备39米主镜的下一代极大望远镜建成后,或将有能力探测更小的系外卫星。