关于潮汐加热系外卫星的直接成像

我们展示了现有及规划中的地面和空间望远镜直接成像绕气态巨行星运行的潮汐加热系外卫星的能力。潮汐加热的系外卫星的亮度可能远高于其宿主系外行星，若其主星为低质量恒星，其亮度甚至可达系统恒星主星的 0.1%。由于系外卫星的辐射可由潮汐力驱动，它们可以在距离系统恒星主星任意远的距离上发出明亮光芒，其温度可达数百开尔文，极端情况下甚至更高。此外，这些高温可能出现在数十亿年历史的系统中。因此，潮汐加热的系外卫星可能比巨行星更容易成为直接成像研究的目标，因为后者必须既年轻又在投影分离上远离其主星才能被当前一代的直接成像研究所探测。例如，（温暖的）Spitzer 空间望远镜和下一代地面仪器可以探测到温度约为 600K、距离约 5 秒差距、大小与地球相当的系外卫星。未来的中红外空间望远镜，如 JWST 和 SPICA，将能够在 10,000 秒的积分时间内，以 5$\sigma$ 的置信度直接成像距离最近的两打恒星周围、亮度温度 >300K、半径 $R>1R_{\oplus}$ 且轨道距离主星 >12AU 的潮汐加热系外卫星。此外，一些已被直接成像的系外行星实际上可能是潮汐加热的系外卫星，或者是此类天体与热年轻行星的混合体。如果此类系外卫星存在且足够普遍（即邻近），那么直接成像表面条件允许液态水存在的系外卫星，可能比分辨位于其主星经典宜居带内的类地行星要容易得多。