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天文学家发现罕见六行星系统
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天文学家发现罕见六行星系统 .
可能80亿年未被干扰 .
2023-12-04 中国科学报
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天文学家发现了一个极不寻常的行星系统，它由6颗行星组成。这些行星都比地球大，但比海王星小，围绕着附近的一颗恒星运行。相关论文11月30日发表于《自然》。
这种被称为亚海王星的行星系统在太阳系中并不存在，但在银河系中很常见。此外，所有行星都在有节奏的和谐轨道上运行，表明该系统自数十亿年前形成以来一直没有受到干扰。
“这是一个令人愉快的系统。”没有参与这项研究的英国开放大学天文学家Carole Haswell说。如果进一步观测，就会发现在该恒星宜居带中有更多行星存在液态水，Haswell说，“那么它可能成为银河系中最有趣的恒星”。
新系统的发现借助于两台太空望远镜、多台地面望远镜，以及数十名天文学家3年多的探测工作。搜寻工作始于2020年，当时美国芝加哥大学天文学家Rafael Luque正在分析美国宇航局（NASA）凌日系外行星勘测卫星（TESS）传回的数据。该卫星旨在探测由前方经过的行星引起的恒星亮度下降。他注意到与HD 110067有关但不确定的亮度下降。HD 110067是一颗类似太阳的恒星，距离地球仅100光年。为了了解更多信息，他不得不等到2022年初，此时TESS又回到了同一片天空。
最新数据确认了这颗恒星的前两颗行星，即轨道为9.1天和13.7天的行星。欧洲空间局的系外行星特征分析卫星（CHEOPS）随后的观测则确定了第三颗行星，其轨道周期为20.5天。
这些数据还包括另外4个令人费解的星光衰减现象，或称凌日现象，研究小组无法将其与其他行星联系起来。3颗已知行星的轨道显示，每对相邻行星之间都有3/2的共振：内行星每公转3次，外行星就公转两次。而由于其他行星也可能处于共振状态，于是Luque团队寻找共振频率为2/1、3/2、4/3等的假想行星。结果表明，第四颗行星的共振频率为3/2，公转周期为30.8天，与其中两次凌日现象吻合。
然而这就给研究人员留下了两个无法解释的单次凌日现象。为了了解它们是否可能与更多行星相连，研究人员利用了一个在其他共振系统中观察到的特性：如果3颗行星共振，其中两颗在恒星的一边，那么第三颗总是在其他地方；在任何情况下，这三者不可能同时出现。有了这个额外条件，研究人员就能够证明，剩下的两个单次凌日现象是如何与41.1天和54.7天的公转周期吻合的。
NASA艾姆斯研究中心的一个团队设计了一种新方法重新处理TESS的数据，这些数据通常因噪声过大而被丢弃。Luque团队要求艾姆斯团队查看2020年观测中丢弃的数据，以预测第五颗和第六颗行星的凌日。Luque说，结果显示，第五颗行星的凌日准确无误，而第六颗行星的预测周期只偏离了20分钟，尽管这是根据两年后观测到的一次凌日现象推断出来的。
星光的衰减只提供了行星直径的线索。研究团队需要质量来计算它们的密度，并了解这些行星是被气体笼罩的亚海王星，还是由被剥离的岩石组成的超级地球。为了获得质量数据，研究小组不得不利用两台地面望远镜——西班牙的卡拉尔·阿尔托望远镜和意大利的伽利略望远镜。这两台望远镜都能观测到周围行星引力引起的恒星微小摆动。这些观测结果提供了这些行星质量的估计数据。结果显示，这些行星的质量约为地球质量的3.9倍至8.5倍。这使它们都属于亚海王星阵营，拥有稠密的大气层、岩石核心，可能还有覆盖行星的海洋。
该团队非常幸运，只有大约1%的行星系统能够显示出相邻行星之间的共振，HD 110067系统是已知的第一个由6颗行星组成的共振链。CHEOPS项目科学家Maximilian Günther表示，HD 110067为了解行星系统产生的条件提供了一个独特的机会，因为在其可能的80亿年生命周期中，似乎没有任何东西扰乱过它的轨道。“它就像研究行星系统形成和演化的化石。”他说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06692-3
天文学家发现了一个极不寻常的行星系统，它由6颗行星组成。这些行星都比地球大，但比海王星小，围绕着附近的一颗恒星运行。相关论文11月30日发表于《自然》。这种被称为亚海王星的行星系统在太阳系中并不存在，但在银河系中很常见。此外，所有行星都在有节奏的和谐轨道上运行，表明该系统自数十亿年前形成以来一直没有受到干扰。“这是一个令人愉快的系统。”没有参与这项研究的英国开放大学天文学家Carole Haswell说。如果进一步观测，就会发现在该恒星宜居带中有更多行星存在液态水，Haswell说，“那么它可能成为银河系中最有趣的恒星”。新系统的发现借助于两台太空望远镜、多台地面望远镜，以及数十名天文学家3年多的探测工作。搜寻工作始于2020年，当时美国芝加哥大学天文学家Rafael Luque正在分析美国宇航局（NASA）凌日系外行星勘测卫星（TESS）传回的数据。该卫星旨在探测由前方经过的行星引起的恒星亮度下降。他注意到与HD 110067有关但不确定的亮度下降。HD 110067是一颗类似太阳的恒星，距离地球仅100光年。为了了解更多信息，他不得不等到2022年初，此时TESS又回到了同一片天空。最新数据确认了这颗恒星的前两颗行星，即轨道为9.1天和13.7天的行星。欧洲空间局的系外行星特征分析卫星（CHEOPS）随后的观测则确定了第三颗行星，其轨道周期为20.5天。这些数据还包括另外4个令人费解的星光衰减现象，或称凌日现象，研究小组无法将其与其他行星联系起来。3颗已知行星的轨道显示，每对相邻行星之间都有3/2的共振：内行星每公转3次，外行星就公转两次。而由于其他行星也可能处于共振状态，于是Luque团队寻找共振频率为2/1、3/2、4/3等的假想行星。结果表明，第四颗行星的共振频率为3/2，公转周期为30.8天，与其中两次凌日现象吻合。然而这就给研究人员留下了两个无法解释的单次凌日现象。为了了解它们是否可能与更多行星相连，研究人员利用了一个在其他共振系统中观察到的特性：如果3颗行星共振，其中两颗在恒星的一边，那么第三颗总是在其他地方；在任何情况下，这三者不可能同时出现。有了这个额外条件，研究人员就能够证明，剩下的两个单次凌日现象是如何与41.1天和54.7天的公转周期吻合的。NASA艾姆斯研究中心的一个团队设计了一种新方法重新处理TESS的数据，这些数据通常因噪声过大而被丢弃。Luque团队要求艾姆斯团队查看2020年观测中丢弃的数据，以预测第五颗和第六颗行星的凌日。Luque说，结果显示，第五颗行星的凌日准确无误，而第六颗行星的预测周期只偏离了20分钟，尽管这是根据两年后观测到的一次凌日现象推断出来的。星光的衰减只提供了行星直径的线索。研究团队需要质量来计算它们的密度，并了解这些行星是被气体笼罩的亚海王星，还是由被剥离的岩石组成的超级地球。为了获得质量数据，研究小组不得不利用两台地面望远镜——西班牙的卡拉尔·阿尔托望远镜和意大利的伽利略望远镜。这两台望远镜都能观测到周围行星引力引起的恒星微小摆动。这些观测结果提供了这些行星质量的估计数据。结果显示，这些行星的质量约为地球质量的3.9倍至8.5倍。这使它们都属于亚海王星阵营，拥有稠密的大气层、岩石核心，可能还有覆盖行星的海洋。该团队非常幸运，只有大约1%的行星系统能够显示出相邻行星之间的共振，HD 110067系统是已知的第一个由6颗行星组成的共振链。CHEOPS项目科学家Maximilian Günther表示，HD 110067为了解行星系统产生的条件提供了一个独特的机会，因为在其可能的80亿年生命周期中，似乎没有任何东西扰乱过它的轨道。“它就像研究行星系统形成和演化的化石。”他说。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06692-3
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