一个可能存在的“超级地球”距离地球不到20光年，这重新燃起了研究人员寻找可能存在生命的行星的希望。这颗新发现的行星名为GJ 251 c，之所以被称为“超级地球”，是因为现有数据表明它的质量几乎是地球的四倍，而且很可能是一颗岩石行星。
宾夕法尼亚州立大学天文学教授、最近发表在《天文学杂志》（The Astronomical Journal）上的一篇论文的合著者苏弗拉特·马哈德万（Suvrath Mahadevan）表示：“我们寻找这类行星，因为它们是我们寻找地外生命的最佳机会。这颗系外行星位于宜居带或‘适居带’，即与其恒星的距离适中，如果它拥有适宜的大气层，其表面就可能存在液态水。”
二十年的观测带来突破
多年来，为了探测恒星光线中极其微弱的变化，寻找可能存在液态水的行星的天文学家们开发出了越来越先进的望远镜和建模工具。据马哈德万称，这一新成果源于超过20年的观测，是迄今为止研究潜在宜居世界的最有力机会之一。
这颗系外行星是利用宜居带行星探测仪（HPF）的数据发现的。HPF是一种高精度近红外光谱仪，其功能如同一个复杂的棱镜，能将星光分解为其组成部分。HPF安装在德克萨斯州麦克唐纳天文台的霍比-埃伯利望远镜上，宾夕法尼亚州立大学的研究人员领导了其设计和建造，以支持搜寻围绕附近恒星运行的类地行星。
马哈德万说：“我们称之为宜居带行星探测仪，是因为我们正在寻找那些与其恒星距离适中、表面可能存在液态水的世界。这一直是该项目的核心目标。这一发现代表了未来五到十年内寻找地外生命大气特征的最佳候选目标之一。”
探测微弱的恒星摆动
马哈德万和他的团队研究了全球范围内收集的超过二十年的大量测量数据。他们的分析集中在宿主恒星GJ 251微小但可测量的“摆动”上，这种摆动是由绕行行星的引力引起的。这些运动在恒星的光线中表现为轻微的多普勒频移。
他们首先改进了对一颗先前已知的内行星GJ 251 b的测量，该行星每14天完成一次公转。通过将长期观测数据与新的高精度HPF数据相结合，研究人员探测到一个更强的信号，每54天重复一次，这表明存在一颗质量更大的第二颗行星。额外的确认来自NEID光谱仪，这是由宾夕法尼亚州立大学研究人员建造并在亚利桑那州基特峰国家天文台运行的另一个仪器。
该论文的通讯作者科里·比尔德（Corey Beard）表示：“我们在这个系统中采用了尖端的技术和分析方法。我们需要下一代望远镜来直接对这个候选行星进行成像，但我们也需要社会的投入。”比尔德在加州大学欧文分校攻读天体物理学博士学位期间进行了这项研究。
克服恒星活动以揭示行星信号
系外行星探测的主要困难之一是将行星信号与恒星自身的磁活动分离开来，马哈德万将其比作一种恒星“天气”。星斑和其他表面特征可以模拟绕行行星产生的周期性变化，造成存在行星的假象。为了区分两者，该团队使用了先进的建模技术，检查信号在不同颜色光线下的行为方式。
马哈德万说：“这是一场艰难的游戏，既要努力压制恒星活动，又要测量其微妙的信号，从本质上像沸腾的、充满磁层活动的恒星表面中梳理出微弱的信号。”
他指出，探测像GJ 251 c这样的行星不仅依赖于精密的设备，还依赖于复杂的分析和国际团队合作。这类项目需要长期的资金支持和协调，因为有意义的发现可能需要数十年才能出现。
合作与先进工具促成发现
宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学杰出教授、计算与数据科学研究所研究主任埃里克·福特（Eric Ford）表示：“这一发现是宾夕法尼亚州立大学多学科研究力量的绝佳例证。抑制恒星活动噪声不仅需要尖端的仪器和望远镜使用权，还需要根据这颗特定恒星和仪器组合的具体需求定制数据科学方法。精良的数据与最先进的统计方法相结合，使我们的跨学科团队能够将数据转化为激动人心的发现，这为未来的天文台寻找太阳系外生命证据铺平了道路。”
尽管现有技术无法生成GJ 251 c的直接图像，但马哈德万表示，即将到来的望远镜将能够检查该行星的大气层，并可能揭示生命的化学痕迹。
为下一代望远镜做准备
他说：“我们始终着眼于未来。无论是确保下一代学生能够参与前沿研究，还是设计和建造新技术来探测潜在宜居行星。”
GJ 251 c所处的位置，使得未来的先进望远镜将能够直接对其进行研究。马哈德万和他的学生们已经在为30米级地面望远镜的时代做准备，这些望远镜将携带能够对其恒星宜居带内的岩石行星进行成像的仪器。
马哈德万说：“虽然我们还不能确认GJ 251 c上是否存在大气层或生命，但该行星代表了未来探索的一个有希望的目标。我们取得了激动人心的发现，但关于这颗行星，我们还有很多需要了解。”
美国国家科学基金会、美国国家航空航天局和海辛-西蒙斯基金会支持了宾夕法尼亚州立大学方面的这项研究。
