我们的太阳系有八颗行星——岩石行星火星和地球、冰巨星以及巨大的气态行星——但其他恒星的行星系统通常要小得多。有些恒星周围只有一个一颗系外行星。这些独行侠行星通常是一种特定类型:一颗巨大的气态巨行星,它环绕恒星近距离运行,被称为炙热的木星。
然而,一颗新发现的系外行星挑战了这一观点,表明也许并非所有炙热的木星都独来独往。上周,天文学家宣布,一颗距离恒星400光年的炙热木星有了一个伴侣:它与WASP-84c共享其太阳系,这是一颗岩石行星,其大小如此之大,以至于被称为“超级地球”。这项发现以预印本的形式公开发布,这是一篇尚未经过同行评审的研究论文,并已提交给《皇家天文学会月刊》以供正式发表。
炙热的木星是一种奇特的行星。我们自己的太阳系里没有这样的行星。在第一颗被发现之前,天文学家从未预料到它们的存在。像木星这样的气态巨行星通常只在远离恒星的地方形成,那里足够凉爽,气体能够免受炽热的太阳热量的影响。那么,如果一颗类似木星的行星必须在远处诞生,它怎么会如此接近它的恒星呢?
天文学家有三种主要的理论来解释这种情况是如何发生的。其中两个比较温和,一个是灾难性的。第一,炙热的木星可能由于原行星盘(一个用于形成行星的尘埃和气体集合体)的微小引力扰动,从其出生地向内迁移。第二,也许我们关于类似木星的行星必须在远离恒星的地方形成的理论是错误的。相反,这些行星可能就是诞生在我们看到它们的地方。这两种情况都可能允许炙热的木星有较小的伴星在附近。
但第三个选项是最具活力的。木星可能在远处形成,但随后遇到其他行星,改变了气态巨行星的轨道。其他行星的引力会迫使一颗炙热的木星进入一个拉伸的、椭圆形的轨道,然后恒星的引力会将这颗气态巨行星拉得很近,从而形成一个圆形、超短的轨道。在这种剧烈的舞蹈中,任何低质量行星都会被摧毁——从而产生了孤独的炙热木星。
对这颗名为WASP-84b的炙热木星的起源的最佳理论是第一种——即星盘帮助将行星送过了太阳系。此前的观测表明,这颗气态巨行星的自转与恒星的自转对齐,这是这颗大行星在原行星盘内迁移而不是与其他行星碰撞的迹象。超级地球WASP-84c的发现现在为这颗炙热木星是经过一次微调而非一次毁灭性爆炸形成的这一论点增加了更多证据——而这种情况可能比以前认为的更普遍。
WASP-84c加入了越来越多的炙热木星的较小行星伙伴名单:WASP-47 b、Kepler 730 b和WASP-132 b等等。“低质量行星伴星(如WASP-84c)的发现表明,并非所有炙热木星系统都是在过去被认为的剧烈情景下形成的,”来自波兰托伦尼古拉斯·哥白尼大学天文学研究所的首席作者Gracjan Maciejewski说。
Maciejewski和他的同事使用了美国国家航空航天局(NASA)的凌日系外行星测量卫星(TESS)来探测WASP-84c。TESS使用凌日法寻找系外行星,即望远镜监测恒星的亮度,当一颗黑暗的行星从前面经过时,恒星的亮度会出现微小的下降。
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据加州理工学院天文学家Juliette Becker(她与新发现无关)称,WASP-84c“半径太小,无法被最初发现这颗炙热木星的WASP巡天探测到。”她补充道:“这是TESS能力的一个绝佳例证。”
通过凌日法,天文学家可以确定行星的尺寸。然而,要确定它的质量,他们需要来自另一种系外行星探测技术——视向速度法——的不同数据。当WASP-84c的发现者收集到这些额外数据时,他们确定这颗行星的质量大约是地球的15倍。和我们蓝色的地球一样,它可能也是由铁和岩石组成的。
堪萨斯大学天文学家Jonathan Brande(未参与此项发现)认为,随着詹姆斯·韦伯太空望远镜带来新的系外行星数据,这些发现将变得更加普遍,加深我们对这些行星对是如何形成的理解。“我认为不久的将来我们会看到关于这个系统的进一步结果,我不会感到惊讶,”他说。