[论文解读] Close stellar conjunctions of alpha Centauri A and B until 2050 - An mK = 7.8 star may enter the Einstein ring of alpha Cen A in 2028

P. Kervella, F. Mignard+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用 25

一句话总结

本文预测了2028年5月将发生一次罕见的引力微引力透镜事件，届时明亮恒星S5（mK = 7.8）将与半人马座αA星相距仅0.015角秒，有45%的概率进入其0.47毫角秒爱因斯坦环。该事件可实现超精密天体测量与测光，用于探测行星系统并检验广义相对论的相对论性偏折，为以微角秒精度完善半人马座αA与B的质量和轨道参数提供了独特机会。

ABSTRACT

The rapid proper motion of the alpha Cen pair (3.7 arcsec/yr) and its location close to the galactic plane on a rich stellar background combine to make them excellent candidates for stellar conjunctions with distant stars. Adding new astrometry to archival data, we have refined the orbital parameters, barycentric proper motion and parallax of alpha Cen and compute its apparent trajectory on sky over the coming decades. We present a catalog of the expected close conjunctions until 2050. An exceptional event will take place in early May 2028, when alpha Cen A will come within 0.015 +/- 0.135 arcseconds of the mK = 7.8 star 2MASS 14392160-6049528 (hereafter S5). In terms of impact parameter and contrast, this is the most favorable stellar conjunction of alpha Cen within at least the next three decades. With an angular diameter of LD = 0.47 +/- 0.05 mas, it is likely that S5 is a red giant or supergiant located at several kiloparsecs. The approached stars will act as moving light probes in transmission through the environment of alpha Cen. The observation of these close conjunctions holds great promises to search for planets and other low mass objects in the alpha Cen system using photometry and astrometry. The relativistic deflection of the approached star images will be in the milliarcsecond range. The small impact parameter of the conjunction with S5 means that this star has a probability of 45% of entering the Einstein ring of alpha Cen A. The gravitational amplification of the flux of S5 could reach a factor five for the combination of the two lensed images. The proper motion, orbital parameters and parallax of alpha Cen will be measurable with an extreme accuracy from differential astrometry with the S stars. This will be valuable, for example to prepare the Breakthrough Starshot initiative to send interstellar nanocrafts to alpha Centauri.

研究动机与目标

• 预测至2050年半人马座αA与B与遥远背景恒星之间的近距离交汇。
• 识别并表征最有利于高精度天体物理测量的微引力透镜事件。
• 利用背景恒星的差分天体测量，实现对半人马座αA与B的视差和质量参数的极端精度测量。
• 通过完善半人马座α系统动力学参数，支持突破摄星计划。
• 通过二次引力透镜效应和测光掩食，探测潜在的行星或低质量天体。

提出的方法

• 结合VLT/NACO、NTT/SOFI和NTT/SUSI2的新数据与档案数据，对半人马座α系统进行高分辨率红外天体测量，以精化其自行、视差和轨道参数。
• 利用深度成像技术，在半人马座α附近几角分范围内识别并精确测定背景恒星位置，尤其关注密集的银河平面区域。
• 建立半人马座αA对背景恒星的引力透镜效应模型，计算爱因斯坦环半径与撞击参数。
• 利用更新的星历表预测交汇事件的时间与几何构型，并在天体测量建模中考虑相对论性光线偏折。
• 评估未来仪器（如VLTI的GRAVITY和ALMA）的可观测性，估算微角秒量级下的信噪比与测量精度。
• 计划通过S5相对于半人马座αA的差分天体测量，以10 μas的精度测定系统的视差与质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 未来30年内，半人马座αA与背景恒星之间的最小角间距是多少？何时发生？
• RQ2 背景恒星进入半人马座αA爱因斯坦环的概率是多少？由此产生的通量放大因子为多少？
• RQ3 能否通过背景恒星的微角秒级差分天体测量，探测到因二次透镜效应而存在的行星或低质量天体？
• RQ4 利用这些交汇事件，能以多高的精度测量半人马座αA与B的视差、自行和轨道参数？
• RQ5 这些事件在多大程度上可用于验证和优化半人马座α系统的动力学模型，以支持星际任务规划？

主要发现

• 最有利的交汇事件发生于2028年5月初，此时mK = 7.8的S5恒星将与半人马座αA星的投影最小距离为0.015 ± 0.135角秒。
• S5有45%的概率进入半人马座αA的爱因斯坦环，导致最大通量放大倍数达五倍。
• S5的角直径估计为0.47 ± 0.05毫角秒，表明其可能是一颗距离数kpc外的红超巨星或红巨星。
• S5与半人马座αA的交汇事件将可从2026年底至2029年底通过VLTI的GRAVITY观测，实现10 μas精度的差分天体测量。
• 该事件将使高信噪比地测量光线的相对论性偏折成为可能，从而可直接在太阳邻近区域检验广义相对论。
• 对这些交汇事件的天体测量监测，有望实现对半人马座αA与B视差的10 μas量级测量，对应10−5的相对精度，距离不确定性为±3 AU。