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研究对可能的“地球2.0”的存在表示怀疑

来源:环球科学

美国宇航局(NASA)开普勒搜寻行星任务(planet-hunting Kepler mission)的最新数据分析表明,该任务的珍贵发现之一“开普勒 452 b”,可能是统计分析的蜃景。

这是艺术家对开普勒 452b 的概念图,在2015年天文学家宣布该行星发现时发表,描绘了一个类似地球的行星围绕一个和太阳相近的恒星旋转。现在,一个新的研究正质疑这个行星是否真实存在。

基于对档案数据的重新检验,一些天文学家正质疑目前发现的在太阳系外可能最像地球的行星的存在。

开普勒 425 b 在2015年被开普勒望远镜发现并公开。那时几乎所有天文学家都对它成为“第二个地球”有所期待:比我们的行星稍大稍重一些,在一个宜居的385天的公转轨道上围绕一个十分类似太阳的恒星转动。

但是在1000光年之外的开普勒452 b实在太暗了,后续研究并不轻松。表面上看起来它的存在只是基于开普勒望远镜第一次任务的数据,该任务在2009年至2013年间进行,直到因设备故障而中断。在这段时间里,航天器仅观测了一小块天空,等待那里的任何一颗恒星因行星从表面经过而产生极其细微的阴影。开普勒就是靠这种“变化”发现大多数恒星的,但是除了行星之外,很多其他的事也会使恒星变暗,因此,相比于发现新世界,这更有可能是错误的报告。对于任何真正的“候选”行星来说,这种现象起码要被观察到3次。由于轨道周期很长,开普勒452b在望远镜的第一次任务结束前勉强满足了最低标准——但是许多其他的技术测试使开普勒团队相信这颗恒星真实存在的可能性是99%。

上个月天体物理学杂志(The Astrophysical Journal)接受的一篇论文里,在新的分析中,研究人员使用十分统计学化的方法研究所有“候选”行星——通过整个开普勒任务和仪器整体来平均误差。在实验过程中,他们表示自己已经掌握了如何更好得区分真实的行星信号,天体物理学的误报和仪器干扰。由于对开普勒望远镜的小缺陷有了更深入的了解,天文学家主张他们可以更轻易地指出小缺陷可以在哪里如何干扰实验数据。作者使用这种方法来重新审查开普勒对于100000多颗恒星的数据,希望可以更快地确认有竞争力的候选行星并提升边界线验证的准确率。他们大量的分析结果显示公转轨道周期小于200天的行星非常容易确认,因为它们的经过次数足够多,明显的规律足以排除设备和天体物理学背景噪音。但是作者发现,由于开普勒第一次任务的提前结束,确认小的,与地球大小相当的,并且周期更长的行星更困难。考虑到这一点,他们把目光聚焦到在这些限制下的最边缘的目标之一:开普勒 452 b。

“我和我的合作者聚焦开普勒 452 b是因为它是目前确认周期最长并最弱的信号。”来自SETI的科学家,开普勒任务研究的合作者Jeff Coughlin说。

Coughlin和同事们通过几种运用更精确的信噪比阈值的新模拟方法省察了数据,特别注意了可能来自航天器器械小缺陷带来的干扰。他们发现该行星有最高92%,最低16%的可能性是真实存在的。“没有证据说明这不是一颗行星,”Coughlin说,“但是可能性也不是99%。”(然而,他补充,他个人认为“有多于50%的可能性”是真的)。

一些候选行星可以通过使用另一种方法,寻找恒星中由于施加对围绕轨道运行的物体的引力而产生的“摇摆”;但是对这种方法来说开普勒 452 b距离太远又太小了。对于保留它“候选资格”的最大希望就在于哈勃空间望远镜了,用于观测该行星推定的下次经过(预测在本月晚些时候)。“我们知道下次经过应该在什么时候发生,在几小时的误差范围之内。”开普勒任务的前合作研究员兼任务科学家,也是开普勒542 b发现论文的共同作者Natalie Batalha说。

Batalha 认为Coughlin和与他合作的研究员仅仅强调了一个非常常见而且已经十分知名且被许多外行星说明的问题:研究往往只考虑天体物理现象,而不是仪器可能降低数据质量的问题。但是她也说明了Coughlin和同事们的研究也有一些潜在的问题——特别是它处理开普勒数据统计分析(而不是个案分析)的方法。在分析什么是或者不是正确的候选行星时,她说,研究一开始就忽略了使开普勒452b 十分有希望的因素。

Batalha说Coughlin和同事们使用的方法并没有考虑开普勒的实际问题领域,这些都是通过多年辛苦的研究发现和认定的。比如说,它的一些探测器比其他运作得更好。她说:开普勒仪器有21个分段探测器,每一个都对准了一块特定的星空,并且用于探测开普勒452b 的部分被认为可以比其他证明有问题的部分产生更清晰的数据。“当你计算整个开普勒所确定的候选行星名单的平均可靠性时,你是取所有探测器的平均值。”她说。这没有考虑开普勒452b实际信号的可靠性,人为的降低了探测的可信度。实际上一开始的检测有三千分之一的可能性出错,“你想使用尽可能好的数据处理方式,并且发现论文的数据集要更清楚一点。”她补充道。

再被问及评论时,美国宇航局的一位发言人表示对开普勒452b的怀疑是“科学方法在实际工作中的例子,科学是一个不断发展的过程,正如新的信息对我们的挑战,使我们改变想法并对我们的假设进行微调。我们欢迎辩论,它使我们在外行星科学和天体物理的其他领域的认知不断增加。”

在一份发送给进行该项目研究的科学家的电子邮件中,美国宇航局的外行星研究所(Exoplanet Institute)的代表人(管理该研究所的“外行星档案(Exoplanet Archive)”目录)写道,开普勒452b目前应该保留行星地位:“这份新论文尚未明确表明开普勒452b信号是仪器生产的,尽管外部可靠性依旧很高,内部可靠性比在2015年发表的原论文中的要低。就目前而言,外行星档案(Exoplanet Archive)已选择将开普勒452b保留在已确认的行星表格中,直到发布更加明确的反驳。”

现在唯一可用的并有可能结束争论的仪器——Coughlin说这将“仍是一个挑战”——是哈勃。但是开普勒452b下一次的经过时4月18号——对天文学家在空间观测经凑的时间安排表上获取一个宝贵的机会实在太短了。在下一次通过(如果这颗行星真的存在的话)将2019年的5月8号发生。在那之前,这个星球的真实状态仍然不确定——天文学家们也很可能将猜测其他一些开普勒发现。

翻译:王嘉钰

本文来自:环球科学
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