在邻近的一颗矮星轨道上，科学家发现了一颗巨大的系外行星，其位置得天独厚，便于新一代望远镜探寻潜在的生命迹象。
科学家在距地球不到20光年的地方发现了一颗潜在的“超级地球”，这让他们在搜寻可能存在生命的行星时又燃起了新的希望。这颗新发现的星球被命名为GJ 251 c，因其观测数据表明其质量几乎是地球的四倍，且可能是一颗岩石行星，而被归类为“超级地球”。
宾夕法尼亚州立大学天文学韦恩·M·威拉曼教授、《天文期刊》上有关此次发现论文的合著者苏夫拉思·马哈德万表示：“我们寻找这类行星，是因为它们是我们探寻地外生命迹象的最佳选择。这颗系外行星位于宜居带，即‘金发姑娘区’，与恒星的距离恰到好处，若其拥有适宜的大气层，其表面就可能存在液态水。”
多年来，天文学家一直在探寻可能存在液态水乃至生命的行星。他们的不懈努力催生了功能强大的望远镜和复杂的计算机模型，这些工具甚至能够探测到星光的细微变化。据马哈德万（Mahadevan）所言，GJ 251 c行星的发现是二十多年数据收集工作的成果，也是迄今为止在探寻地外生命领域中最令人鼓舞的机遇之一。
揭开GJ 251 c的神秘面纱
这颗系外行星是通过宜居带行星探测器（HPF）收集的观测数据发现的。该探测器是一种高灵敏度近红外光谱仪，其作用如同精密棱镜，可分离并分析恒星发出的光线。该仪器安装在位于得克萨斯州的麦克唐纳天文台的霍比-埃伯利望远镜上。在宾夕法尼亚州立大学研究人员的带领下，HPF得以研发和建造，其专门设计用于定位在附近恒星宜居带内运行的类地行星。
“我们将其命名为‘宜居带行星探测器’，因为我们致力于探寻那些与恒星距离适中、表面可能存在液态水的星球。这一直是该探测项目的核心目标，”马哈德万说道，“这一发现有望在未来五到十年内，成为搜寻其他星球生命大气特征迹象的最佳候选对象之一。”
马哈德万及其同事通过分析海量数据做出了这一发现，这些数据历时20余年，由全球各地的望远镜收集而来，主要聚焦于该行星的宿主恒星GJ 251的微小运动，即“摆动”。这种“摆动”是由围绕恒星运行的行星引力所导致的恒星光线产生的微小多普勒频移。
研究团队先利用基线观测数据，优化了对先前已知的内行星GJ 251 b的“摆动”测量，这颗行星每14天绕其恒星公转一周。随后，他们将基线数据与HPF（近红外摄谱仪）提供的新型高精度数据相结合，在54天处发现了一个更强信号，这表明该行星系统中还存在另一颗质量大得多的行星。该团队还利用由宾夕法尼亚州立大学研究人员建造、安装在亚利桑那州基特峰国家天文台望远镜上的NEID摄谱仪，进一步确认了这颗行星的信号。
该论文的通讯作者科里·比尔德（Corey Beard）表示：“凭借这一系统，我们在技术及分析方法领域已处于前沿地位。”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开展了这项研究。“我们需要新一代望远镜来直接获取该候选天体的图像，但同样不可或缺的，还有社会各界的投入。”
克服恒星“噪声”
马哈德万解释道，寻找遥远星球面临的最大挑战之一，在于如何从恒星自身活动（一种恒星天气现象）中剥离出行星信号。恒星活动，如星斑，能够模拟出行星的周期性运动，从而在根本不存在行星的地方给出虚假印象。为区分信号与噪声，研究人员采用了先进的计算建模技术，分析信号在不同波长或光色下的变化情况。
马哈德万表示：“就抑制恒星活动并测量其微弱信号而言，这无疑是一场艰难的博弈。要从本质上如沸腾般、充满磁层的恒星表面这个‘大熔炉’中，梳理出那些细微的信号，绝非易事。”
展望未来
他解释道，要发现像葛利斯251c这样的系外行星，需要借助先进的仪器和复杂的数据分析。这项工作需要世界各地多个机构和专业领域的协作，最重要的是，需要研究资助国持续投入——而要取得切实可行的成果往往需要数十年时间。
宾夕法尼亚州立大学杰出天文学与天体物理学教授、该校计算与数据科学研究所（ICDS）研究主任埃里克·福特表示：“这一发现，充分彰显了宾夕法尼亚州立大学跨学科研究的强大实力。要降低恒星活动噪声的干扰，不仅需要尖端的仪器设备和望远镜观测条件，还需针对这颗恒星的特定需求及所用仪器的组合特点，量身定制数据科学方法。正是得益于精妙的数据与前沿统计方法的完美结合，我们的跨学科团队才得以将数据转化为一项激动人心的发现，为未来天文台搜寻太阳系外生命迹象铺平了道路。”
尽管马哈德万表示，以当前仪器尚无法对团队发现的这颗系外行星进行成像，但下一代望远镜将能够分析该行星的大气层，这或许能揭示出生命的化学迹象。
“我们始终着眼于未来，”他说道，“无论是确保下一代学生能够投身于尖端研究，还是设计并研发新技术以探测潜在宜居行星。”
新发现的系外行星所处位置极佳，便于运用更先进的技术对其进行直接观测。马哈德万（Mahadevan）及其学生已在筹备，待新一代30米级地面望远镜投入使用后开展观测工作。这些配备先进仪器的新型望远镜，预计将具备对宜居带内邻近岩质行星进行成像的能力。
马哈德万表示：“尽管我们尚无法确认GJ 251 c是否存在大气层或生命迹象，但这颗行星无疑是未来探索的潜力目标。我们虽已取得振奋人心的发现，但关于这颗行星仍有诸多未知等待探索。”
参考文献：《发现一颗宜居带附近的超级地球候选体，适合直接成像观测》，作者：科里·比尔德（Corey Beard）、保罗·罗伯逊（Paul Robertson）、杰克·卢宾（Jack Lubin）、埃里克·B·福特（Eric B. Ford）、苏夫拉思·马哈德万（Suvrath Mahadevan）、古德蒙杜尔·斯特凡松（Gudmundur Stefansson）、杰森·T·赖特（Jason T. Wright）、埃里克·沃尔夫（Eric Wolf）、文森特·科夫曼（Vincent Kofman）、维迪亚·文卡特桑（Vidya Venkatesan）、拉维·科帕拉普（Ravi Kopparapu）、罗恩·阿伦茨（Roan Arendtsz）、雷·霍尔科姆（Rae Holcomb）、拉克尔·A·马丁内斯（Raquel A. Martinez）、斯蒂芬妮·萨勒姆（Stephanie Sallum）、雅各布·K·卢恩（Jacob K. Luhn）、查德·F·本德（Chad F. Bender）、卡伦·H·布莱克（Cullen H. Blake）、威廉·D·科克伦（William D. Cochran）、梅根·德拉默（Megan Delamer）、斯科特·A·迪达姆斯（Scott A. Diddams）、迈克尔·恩德尔（Michael Endl）、塞缪尔·哈尔弗森（Samuel Halverson）、舒布汉姆·卡诺迪亚（Shubham Kanodia）、丹尼尔·M·克罗利科夫斯基（Daniel M. Krolikowski）、安德烈亚·S·J·林（Andrea S. J. Lin）、莎拉·E·洛格斯登（Sarah E. Logsdon）、迈克尔·W·麦克埃尔韦恩（Michael W. McElwain）、安德鲁·蒙森（Andrew Monson）、乔·P·尼南（Joe P. Ninan）、贾亚德夫·拉贾戈帕尔（Jayadev Rajagopal）、阿尔皮塔·罗伊（Arpita Roy）、克里斯蒂安·施瓦布（Christian Schwab）、瑞安·C·特里安（Ryan C. Terrien），发表于2025年10月23日《天文学期刊》。 DOI: 10.3847/1538-3881/ae0e20
美国国家科学基金会、美国国家航空航天局及海辛-西蒙斯基金会为本研究中宾夕法尼亚州立大学所承担的部分提供了支持。
