加州大学欧文分校领导的团队揭开了行星形成和遥远太阳系演化的奥秘

加利福尼亚州尔湾，2024 年 1 月 29 日 – 最近发现的太阳系有六颗已确认的系外行星，可能还有第七颗系外行星，正在提高天文学家对行星形成和演化的认识。依靠遍布全球的天文台和仪器库，由加州大学欧文分校的研究人员领导的一个团队已经对系外行星的质量、轨道特性和大气特性进行了迄今为止最精确的测量。

在今天发表在 《天文学杂志》上的一篇论文中，研究人员分享了TESS-Keck调查的结果，对围绕TOI-1136运行的系外行星进行了全面描述，TOI-1136是银河系中的一颗矮星，距离地球超过270光年。这项研究是该团队在2019年使用凌日系外行星勘测卫星的数据对恒星和系外行星进行初步观测的后续行动。该项目通过对凌日时间变化进行计时，首次估算了系外行星的质量，这是衡量轨道行星相互施加的引力的指标。

在最近的研究中，研究人员将TTV数据与恒星的径向速度分析相结合。使用加利福尼亚州汉密尔顿山利克天文台的自动行星探测器望远镜和夏威夷莫纳克亚山W.M.凯克天文台的高分辨率Echelle光谱仪，他们可以通过多普勒效应的红移和蓝移来检测恒星运动的细微变化 – 这有助于他们确定前所未有的精度的行星质量读数。

为了获得关于这个太阳系中行星的精确信息，该团队使用数百个径向速度测量值构建了计算机模型，这些测量值叠加在TTV数据上。该研究的主要作者、UCI物理学博士候选人科里·比尔德（Corey Beard）表示，将这两种类型的读数结合起来，产生了比以往任何时候都更多的关于该系统的知识。

“这需要大量的试验和错误，但在开发出迄今为止系外行星文献中最复杂的行星系统模型之一后，我们对结果感到非常满意，”比尔德说。

大量的行星是激发天文学团队进行进一步研究的一个因素，据合著者、UCI物理学与天文学副教授保罗·罗伯逊（Paul Robertson）说。

“从研究的角度来看，我们认为TOI-1136是非常有利的，因为当一个系统有多颗系外行星时，我们可以控制依赖于宿主恒星的行星演化的影响，这有助于我们专注于导致这些行星具有它们所具有的特性的单个物理机制，”他说。

罗伯逊补充说，当天文学家试图比较不同太阳系中的行星时，有许多变量可能会根据恒星的不同属性及其在银河系不同部分的位置而有所不同。他说，观察同一系统中的系外行星可以研究经历过类似历史的行星。

按照恒星的标准，TOI-1136很年轻，只有7亿年的历史，这是吸引系外行星猎人的另一个特征。罗伯逊说，少年明星既“困难又特别”，因为他们非常活跃。在恒星发展的这个阶段，磁力、太阳黑子和太阳耀斑更加普遍和强烈，由此产生的辐射会爆炸并雕刻行星，影响它们的大气层。

TOI-1136确认的系外行星，TOI-1136 b到TOI-1136 g，被专家归类为“亚海王星”。罗伯逊说，最小的一个是地球半径的两倍多，其他的则高达地球半径的四倍，与天王星和海王星的大小相当。

根据这项研究，所有这些行星都围绕TOI-1136运行，不到88天，水星绕地球太阳一周。“我们正在将整个太阳系包装在恒星周围的一个区域中，如此之小，以至于我们的整个行星系统都在它之外，”罗伯逊说。

“它们对我们来说是奇怪的行星，因为我们的太阳系中没有与它们完全一样的东西，”合著者、UCI物理学博士候选人Rae Holcomb说。“但是，我们对其他行星系统的研究越多，它们似乎可能是银河系中最常见的行星类型。

这个太阳系的另一个奇怪组成部分是可能存在但未经证实的第七颗行星。研究人员已经发现了系统中另一种共振力的一些证据。罗伯逊解释说，当行星彼此靠近轨道时，它们可以在引力作用下相互拉扯。

“当你听到钢琴上弹奏的和弦时，它对你来说听起来不错，这是因为你听到的音符之间存在共振，甚至间距，”他说。“这些行星的轨道周期间隔相似。当系外行星共振时，拖船每次都朝同一方向。这可能会产生不稳定的影响，或者在特殊情况下，它可以使轨道 更加 稳定。

罗伯逊指出，这项调查远没有回答他的团队关于这个系统中系外行星的所有问题，而是让研究人员想要寻求更多的知识，特别是关于行星大气的组成。他说，最好通过美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的先进光谱学能力来研究这一方向。

“我感到自豪的是，UCO的利克天文台和凯克天文台都参与了一个非常重要的系统的表征，”UC天文台副主任Matthew Shetrone说。“在同一个系统中拥有如此多的中等大小的行星确实可以让我们测试形成场景。我真的很想更多地了解这些行星！我们能不能在同一个太阳系里找到一个熔岩世界、一个水世界和一个冰世界？这几乎感觉像科幻小说。

与罗伯逊和比尔德一起参与这项研究的是来自西班牙加那利群岛天体物理研究所的研究人员;加州理工学院;瑞典查尔姆斯理工大学;马里兰州的约翰霍普金斯大学;西班牙的拉古纳大学;瑞典隆德大学;波兰的尼古拉·哥白尼大学;新泽西州的普林斯顿大学;日本立命馆大学;加州SETI研究所;马里兰州太空望远镜科学研究所;加州大学圣克鲁兹分校;加州大学伯克利分校;加州大学洛杉矶分校;加州大学河滨分校;夏威夷大学;芝加哥大学;堪萨斯大学;印第安纳州圣母大学;澳大利亚南昆士兰大学;和康涅狄格州的耶鲁大学。资金由W.M.凯克基金会、美国宇航局和美国国家科学基金会提供。

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