一颗新发现的系外行星呈现出迄今为止观测到的最偏心的轨道

研究人员发现了一颗行星，它的轨道是迄今为止在凌日行星中发现的最长的。这颗系外行星的极端轨道--看起来更像一根黄瓜而不是一个圆--是所有已知系外行星（即绕太阳系外恒星运行的行星）中伸展最剧烈的轨道之一。它还在反向绕着恒星运行，让人们得以深入了解被称为热木星的近距离大质量气体行星是如何形成、稳定和随时间演变的。

这项研究由宾夕法尼亚州立大学的科学家领导，于 7 月 17 日发表在《自然》杂志上。

宾夕法尼亚州立大学维恩-威拉曼（Verne M. Willaman）天文学教授、论文作者苏夫拉特-马哈德万（Suvrath Mahadevan）说："我们捕捉到这颗巨大的行星在接近恒星的过程中急转弯。这种高度偏心的凌日行星非常罕见--我们能够发现这颗最偏心的行星，真是令人惊叹。"

宾夕法尼亚州立大学科学家领导的一个天文学家小组发现了一颗行星，它的轨道是迄今为止在凌日行星中发现的最长的。这颗系外行星的极端轨道看上去更像一根黄瓜，而不是一个圆圈，它的轨道是所有已知系外行星（即围绕太阳系外恒星运行的行星）中最急剧拉伸的轨道之一。这颗被命名为 TIC 241249530 的行星还在倒着绕恒星运行，让人们对被称为热木星的近距离大质量气体行星是如何形成、稳定并随时间演变的奥秘有了更深入的了解。图片来源：Abigail Minnich/宾夕法尼亚州立大学

轨道偏心率的启示

马哈德万解释说，"偏心"一词指的是行星轨道的形状，其测量尺度从0到1，0代表完全圆形轨道。这颗系外行星被命名为 TIC 241249530，其轨道偏心率为 0.94，比迄今发现的任何其他凌日系外行星的轨道都要偏心。相比之下，冥王星围绕太阳的高椭圆轨道的偏心率为 0.25；地球的偏心率为 0.02。马哈德万解释说，如此极端的轨道会导致行星上的温度变化，从轨道最远点的夏日温度到最近点的炽热温度。

为了增加这颗系外行星轨道的不寻常性，研究小组还发现它的轨道是反向的，即与主恒星的自转方向相反。天文学家在大多数其他系外行星和太阳系中都没有发现这种现象，这有助于研究小组解读系外行星的形成历史。

揭开热木星形成的神秘面纱

"虽然我们不能完全按下倒带，实时观看行星的迁移过程，但这颗系外行星可以作为迁移过程的某种快照，"NOIRLab博士后研究员、论文第一作者Arvind Gupta在NOIRLab的一份新闻稿中说，他作为宾夕法尼亚州立大学的一名博士生进行了这项研究。"像这样的行星很难找到，我们希望它能帮助我们揭开热木星形成的故事。"

目前，在4000多个恒星系统中，有5600多颗已确认的系外行星。在这些系外行星中，大约有 300 到 500 颗属于被称为热木星的奇特类别--这些大型、类似木星的系外行星的轨道距离恒星非常近，比水星距离太阳还要近得多。热木星是如何进入如此近的轨道的是一个谜，但天文学家怀疑它们开始时的轨道远离恒星，然后随着时间的推移向内迁移。这一过程的早期阶段很少被观测到，但通过对一颗具有不寻常轨道的系外行星的新分析，天文学家离揭开热木星之谜又近了一步。

古普塔说："二十多年来，天文学家们一直在寻找可能是热木星前身或迁移过程中间产物的系外行星，所以能找到一颗我感到非常惊讶和兴奋。"

这颗系外行星的发现和特征描述得益于宾夕法尼亚州立大学制造的三台仪器：美国国家航空航天局资助的 NEID 摄谱仪、宜居带行星探测器摄谱仪和光度扩散器。这三台仪器使研究人员能够观测和分析系外行星发出的光。

先进仪器的作用

研究人员于2020年1月首次利用美国国家航空航天局的凌日系外行星巡天卫星（TESS）探测到了这颗行星，发现恒星亮度出现了下降，这与一颗木星大小的行星从恒星前方经过是一致的。为了确认这些波动的性质并排除其他可能的原因，一个天文学家小组使用了美国国家科学基金会（NSF）基特峰国家天文台（KPNO）（NSF NOIRLab 的一个项目）的 WIYN 3.5 米望远镜上的两台仪器。

研究小组首先利用美国国家航空航天局资助的NN-EXPLORE系外行星和恒星斑点成像仪（NESSI），使用一种有助于"冻结"大气闪烁的技术，这表明附近没有可能混淆TESS测量结果的外来恒星。然后，研究小组利用 HPF 和 NEID 摄谱仪，观察了 TIC 241249530 的光谱或其发射光的波长如何因绕其运行的系外行星而发生偏移。

论文的共同作者、宾夕法尼亚州立大学的博士生 Andrea Lin 说："看到 NEID 在短短几年的运行中就产生了如此伟大的科学成果，实在令人兴奋。我们才刚刚起步，我很期待看到我们未来能取得怎样的成就。"

分析行星的质量和轨道

对恒星速度在这颗行星六个月轨道周期内的变化情况进行的详细分析证实，这颗系外行星的质量大约是木星的五倍，而且它正沿着一条极其偏心的轨道运行。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授杰森-赖特（Jason Wright）说："这是目前已知的最偏心的凌日行星，它的重要性将不亚于上一个纪录保持者HD80606b，后者的古怪轨道与其宿主恒星的自转高度错位。这两颗高度偏心的行星在向热木星状态演化的过程中被'逮个正着'。和HD80606b一样，这颗行星的质量是木星的好几倍，这表明形成热木星的这一渠道可能只有质量最大的行星才能走。"

这两个例子共同从观测角度证实了这样一种观点，即质量较高的气态巨星在从高度偏心的轨道向更紧密、更圆的轨道迁移的过程中进化成为热木星。

未来研究与观察

赖特说："我们特别感兴趣的是，在这颗行星以灼热的方式接近它的恒星之后，我们能了解到它大气层的动态变化。像美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）这样的望远镜具有很高的灵敏度，可以探测这颗新发现的系外行星在经历快速加热后大气层的变化，因此研究小组还有很多关于这颗系外行星的知识要了解"。

编译自/ScitechDaily