天文学家揭秘遥远系外行星TOI-1136的演化过程

如果系统中的每个天体都是一只鸭子或小鸭子，TOI-1136 系统的有趣再现。资料来源：Rae Holcomb/UCI

在1月29日发表于《天文学杂志》（The Astronomical Journal）上的一篇论文中，研究人员分享了TESS-Keck巡天的结果，对绕TOI-1136运行的系外行星进行了详尽的描述，TOI-1136是该星系中的一颗矮星，距离地球超过270光年。这项研究是该研究小组利用美国国家航空航天局的凌日系外行星巡天卫星（TESS）提供的数据，于2019年对该恒星和系外行星进行初步观测的后续研究。该项目通过对凌日时间变化的计时，首次估算了系外行星的质量，而凌日时间变化是衡量轨道行星相互间引力的一个指标。

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结合起来。利用加利福尼亚州汉密尔顿山利克天文台的自动行星发现者望远镜和夏威夷莫纳凯亚山上 W.M. 凯克天文台的高分辨率梯形光谱仪，他们可以通过多普勒效应的红移和蓝移探测到恒星运动的细微变化--这有助于他们以前所未有的精度确定行星质量读数。

为了获得这个太阳系中行星的精确信息，研究小组利用数百个径向速度测量数据和TTV数据建立了计算机模型。第一作者科里-比尔德（Corey Beard）是加州大学洛杉矶分校物理学博士候选人，他说，将这两种读数结合起来，可以获得比以往任何时候都更多的关于这个系统的知识。

比尔德说："我们花了很多时间反复试验，但在开发出系外行星文献中迄今为止最复杂的行星系统模型之一后，我们对自己的成果非常满意。"

该论文的合著者、加州大学洛杉矶分校物理学和天文学副教授保罗-罗伯逊（Paul Robertson）说，行星数量之多是激励天文小组开展进一步研究的一个因素。

他说："我们认为，从研究的角度来看，TOI-1136 是非常有利的，因为当一个系统拥有多颗系外行星时，我们可以控制行星演化对宿主恒星的影响，这有助于我们关注导致这些行星具有这种特性的个别物理机制。"

罗伯逊补充说，当天文学家试图对不同太阳系中的行星进行比较时，由于恒星的不同特性及其在银河系不同部分的位置，会有许多变量存在差异。他说，观察同一系统中的系外行星可以研究经历过相似历史的行星。

TOI-1136 系统及其年轻恒星闪烁的艺术效果图。资料来源：Rae Holcomb/Paul Robertson/ UCI

按照恒星的标准，TOI-1136非常年轻，只有7亿岁，这也是吸引系外行星猎手的另一个特点。罗伯逊说，寻找年轻恒星既"困难又特殊"，因为它们非常活跃。在恒星发展的这一阶段，磁性、太阳黑子和太阳耀斑更加普遍和强烈，由此产生的辐射会冲击和雕刻行星，影响它们的大气层。

TOI-1136中已确认的系外行星TOI-1136 b至TOI-1136 g被专家们归类为"亚海王星"。罗伯逊说，最小的一颗行星的半径是地球的两倍多，其他行星的半径最多是地球的四倍，与天王星和海王星的大小相当。

根据这项研究，所有这些行星绕TOI-1136运行的时间都少于水星绕地球太阳运行的88天。罗伯逊说："我们把整个太阳系装进了恒星周围的一个如此小的区域，以至于我们这里的整个行星系统都在这个区域之外。

"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相似的东西，"合著者、加州大学洛杉矶分校物理学博士候选人蕾-霍尔科姆（Rae Holcomb）说。"但我们对其他行星系统的研究越多，就越觉得它们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特成分是可能存在第七颗行星，但尚未得到证实。研究人员检测到了该系统中另一种共振力的一些证据。罗伯逊解释说，当行星的运行轨道相互靠近时，它们会相互产生引力。

他说："当你听到钢琴弹奏的和弦时，你会觉得很好听，这是因为你听到的音符之间存在共振，甚至是间隔。这些行星的轨道周期也有类似的间隔。当系外行星发生共振时，每次拉力的方向都是一致的。这可能会产生破坏稳定的效果，或者在特殊情况下，它可以使轨道更加稳定。"

罗伯逊指出，这次调查远远没有回答他的研究小组关于这个系统中系外行星的所有问题，而是让研究人员希望获得更多的知识，特别是关于行星大气成分的知识。通过美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）先进的光谱分析能力，可以更好地进行这方面的研究。

"加州大学利克天文台和凯克天文台都参与了这个非常重要的系统的表征工作，对此我感到非常自豪，"加州大学天文台副主任马修-谢特龙（Matthew Shetrone）说。"在同一个系统中有这么多中等大小的行星，确实让我们能够测试行星形成的情况。我想更多地了解这些行星，我们会在同一个太阳系中发现熔岩世界、水世界和冰世界吗？感觉就像科幻小说一样"。

编译来源：ScitechDaily