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发现“完美太阳系”:距地球100光年,6颗行星绕恒星公转 

2023-12-01 |作者:史明磊 | 来源:南都

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以恒星HD110067为中心的行星系被誉为“完美太阳系”。

存在罕见的轨道共振现象

据美国有线电视新闻网(CNN)11月29日报道,这颗恒星编号为HD110067,像太阳一样明亮,位于北天星座之一后发座。6颗行星按照离恒星由近到远,用英文字母标记为b、c、d、e、f、g作为编号。这些行星比地球大,但比海王星小,属于一种鲜为人知的类别,称为亚海王星,通常在银河系中围绕类日恒星运行。

研究成果发表在11月29日的《自然》杂志。研究发现,该星系并不像太阳系那样在形成过程中发生激烈碰撞,然后形成大小不一的行星。围绕HD110067公转的行星大小相仿,而且存在罕见的轨道共振现象,也就是说两颗或多颗行星的轨道周期间存在一定的数学比例关系。

当行星完成其轨道并相互施加引力时,会出现明显的模式。距离恒星HD110067最近的行星b每完成六圈轨道,最外层的行星g就会完成一圈;当行星c绕恒星公转三圈时,行星d绕恒星公转两圈;当行星e绕恒星公转四圈时,行星f绕恒星公转三圈。这种和谐的节奏创造了一条共振链,所有6颗行星每隔几个轨道就对齐一次。

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6颗行星存在罕见的轨道共振现象。

这个行星家族之所以成为一个不寻常的发现,是因为该系统自10亿多年前形成以来几乎没有发生任何变化。这一发现可能有助于揭示行星的演化以及银河系中普遍存在的亚海王星的起源。

解开“侦探故事”谜团

CNN报道称,研究人员第一次注意到这个行星系是在2020年,当时美国航天局(NASA)的凌日系外行星勘测卫星(TESS)检测到HD110067的亮度下降。恒星星光减弱通常表明存在一颗行星,当该行星沿着其轨道运行时,它正在其主恒星和观测卫星之间经过。检测这些光度下降(称为凌日法)是科学家通过地面和太空望远镜识别系外行星的主要策略之一。

天文学家根据2020年的数据确定了两颗行星围绕恒星的轨道周期。两年后,TESS再次观察了这颗恒星,证据表明这些行星的轨道周期不同。

当数据集不相符时,领导这项研究的美国芝加哥大学天文学家拉斐尔·卢克(Rafael Luque)和他的同事决定使用另一颗卫星——欧洲航天局的外行星卫星(Cheops)来重新观察这颗恒星。Cheops收集的数据帮助团队解决了TESS发起的“侦探故事”。Cheops能够确定该星系中是否存在第三颗行星,这对于确认其他两颗行星的轨道周期以及它们的节奏共振至关重要。

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欧洲航天局的外行星卫星(Cheops)。

Cheops花在观察这颗恒星上的时间帮助天文学家从TESS数据中消除了混合信号,以确定有多少行星在恒星前面穿过以及它们轨道的共振。最近的行星只需9个地球日多一点就能绕恒星运行一圈,而最远的行星则需要大约55天。

所有6颗行星绕恒星HD110067公转的速度都比水星快,水星绕太阳转一圈需要88天。这些行星的平均温度可能与水星和金星相似,范围在167℃到527℃之间。

为什么行星节奏很重要

卢克说,大部分已知行星系不存在轨道共振。天文学家相信,行星系通常在形成初期存在轨道共振,但这种状态很难保持,因为很多因素可以打破这种状态,比如巨大行星的引力、一颗恒星近距离经过、行星与其他天体的碰撞等。

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行星的形成通常是一个剧烈碰撞的过程。

“只有大约百分之一行星系保持轨道共振,”卢克说,HD110067组成的行星系仿佛一块“稀有化石”,向我们展示了一个未受破坏的行星系统的原始构造,堪称“完美太阳系”,是研究行星诞生的理想对象。

研究人员说,该行星系还可用于研究亚海王星的形成方式。虽然亚海王星在银河系中很常见,但它们并不存在于太阳系中。卢克说,天文学家对于这些行星是如何形成的以及它们由什么构成的问题几乎没有达成一致,因此由亚海王星组成的行星系可以帮助科学家更多地确定这种行星的起源。

编译/采写:南都记者 史明磊

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