观察发现宿主恒星亮度波动明显 系外行星数据可能存在误导性

第二作者亚历克斯-汤普森（Alex Thompson）对HAT-P-11系统的艺术表现，本研究采用了对该系统的多次观测。 HAT-P-11系统由一颗比太阳"斑斓"得多的冷主星和一颗错位凌日的"超海王星"HAT-P-11b以及一颗非凌日的木星质量行星HAT-P-11c组成。 资料来源：亚历山德拉-汤普森

解读系外行星数据的挑战

我们对系外行星--太阳系外的行星--的了解大多来自于观测它们经过宿主恒星前时，宿主恒星的光线是如何变暗的。

通过测量星光被遮挡的程度，科学家可以估算出行星的大小。 分析星光在穿过行星大气层时的变化，还能提供有关行星组成的线索。

然而，《天体物理学杂志增刊系列》上的一项新研究表明，这些测量结果可能比以前认为的更加失真。 恒星亮度的变化--由其表面较热和较冷区域引起--可能会严重影响我们对系外行星数据的解读。

恒星变异的影响

研究人员观察了 20 颗木星和海王星大小的行星的大气层，发现主恒星的易变性扭曲了其中大约一半行星的数据。

研究小组说，如果研究人员不适当地考虑这些变化，他们可能会误解行星的大小、温度和大气成分等一系列特征。 研究小组补充说，如果研究人员观察一系列波长的光线，包括恒星污染影响最明显的光学区域，误读的风险是可以控制的。

主要作者阿里安娜-萨巴博士（UCL 物理与天文学研究中心）说："这些结果出乎我们的意料--我们发现恒星对数据的污染比我们预期的要严重。 这对我们来说非常重要。 通过进一步了解恒星的变异性可能会如何影响我们对系外行星的解读，我们可以改进我们的模型，并更明智地利用詹姆斯-韦伯、阿里尔和"闪烁"等任务提供的更大数据集。"

"善变"的恒星扭曲观测结果

第二作者亚历山德拉-汤普森（Alex Thompson）是UCL物理与天文学学院的一名在读博士生，他的研究重点是系外行星的宿主恒星：

我们从系外行星宿主恒星的光线中了解系外行星，有时很难区分哪些是恒星发出的信号，哪些是行星发出的信号。有些恒星可能会被描述为'斑驳陆离'--它们的表面有较大比例的较冷区域（颜色较暗）和较热区域（颜色较亮）。 这是由于较强的磁活动造成的。更热、更亮的区域（面）会发出更多的光，因此，举例来说，如果一颗行星从恒星最热的部分前方经过，这可能会导致研究人员高估这颗行星的大小，因为它似乎会挡住恒星更多的光，或者他们可能会推断这颗行星比实际温度更高，或者拥有更浓密的大气层。 如果行星从冷星斑前经过，情况则恰恰相反，行星会显得"更小"。

模仿行星特征和不准确的结果

"另一方面，星斑发射光的减少甚至可以模仿行星从恒星前方经过的效果，让你误以为可能有行星，其实并没有。 这就是为什么后续观测对于确认系外行星探测结果如此重要。这些来自恒星的变化也会扭曲对行星大气中水蒸气含量等的估计。 这是因为在到达我们望远镜的不同波长的光线模式中，这些变化会模仿或掩盖水蒸气的特征。"

在这项研究中，研究人员使用了哈勃太空望远镜20年来的观测数据，将望远镜的两台仪器--太空望远镜成像摄谱仪（STIS）和宽视场照相机3（WFC3）--的数据结合在一起。

他们以完全相同的方式处理和分析每颗行星的数据，以确保进行同类比较，尽量减少使用不同方法处理数据集时出现的偏差。

比较恒星活动模型

研究小组随后研究了大气和恒星模型的哪种组合最适合他们的数据，比较了考虑恒星变异性的模型和不考虑恒星变异性的简单模型。 他们发现，在所分析的 20 颗行星中，有 6 颗行星的数据与根据恒星变异性调整后的模型的拟合度更高，另外 6 颗行星可能受到了宿主恒星的轻微污染。

他们分析了可见光、近红外线和近紫外线波长的光线，利用了恒星活动造成的扭曲在近紫外线和可见光（光学）区域比在红外线的长波长区域更明显这一事实。

检测恒星"污染"的两种方法

研究小组介绍了两种判断恒星变率是否会影响行星数据的方法。

萨巴博士解释说："一是观察光谱的整体形状，即从恒星穿过行星的不同波长的光的模式，看看这是否仅能用行星来解释，或者是否需要恒星活动。 另一种方法是在光谱的光学区域对同一行星进行两次不同时间的观测。 如果这些观测结果大相径庭，可能的解释就是恒星活动多变。"

亚历克斯-汤普森补充说："如果波长覆盖范围合适，误读的风险是可以控制的。 较短波长的光学观测（如本研究中使用的观测）尤其有帮助，因为这是恒星污染效应最明显的地方。"

编译自/ScitechDaily