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軌道怪異的系外行星正在我們眼前變成一顆熱木星

系外行星


軌道怪異的系外行星正在我們眼前變成一顆熱木星


圖為一顆氣態巨行星轉變為熱木星（圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/J.da Silva）
據美國太空網（Robert Lea）：對于一顆遙遠的氣態巨行星 ， 我們所看到的遠不止這些 。
天文學家發現，這顆太陽系外行星或“系外行星”不僅擁有有史以來最奇怪的軌道之一，而且正在轉變為一個“熱木星”世界 。了解這種轉變可以幫助科學家更好地了解這個奇怪類別中的世界是如何形成的 。
這顆名為TIC 241249530 b的系外行星距離地球約998光年，于2020年1月首次被美國國家航空航天局的凌日系外行星勘測衛星（TESS）探測到 ， 當時它穿過或“凌日”了其母恒星的表面 。
這顆行星圍繞其恒星TIC 241249530運行，距離約為地球和太陽之間距離的12% 。這種接近意味著它在15.2個地球日內完成一個軌道 。但這并不是這顆行星軌道的極端之處 。
大多數行星都沒有完美的圓形軌道 。相反 ， 大部分行星軌道都是橢圓軌道，具有一定程度的平坦性 ， 天文學家稱之為“偏心率” 。TIC 241249530 b的軌道是天文學家所見過的最拉伸和最平坦的軌道之一 。此外，與恒星的自轉相比，這顆木星大小的行星正在“向后”繞恒星運行 。
然而 ， 熱木星是系外行星，它們圍繞行星運行的距離使它們在10個地球日或更短的時間內完成一年 。這意味著TIC 241249530 b不是熱木星——至少目前還不是 。目前，天文學家對熱木星如何如此接近其母恒星感到困惑，科學家們認為這些行星在離恒星更遠的地方形成，然后向內遷移 。
然而，即使在天文學家觀測并確認了至少5600顆系外行星之后，這一遷移過程的早期階段仍然令人沮喪地難以捉摸 。
一組天文學家使用基特峰國家天文臺（KPNO）WIYN 3.5米望遠鏡上的兩臺儀器觀測到TIC 241249530 b ， 并將其揭示為早期熱木星 。
NOIRLab博士后研究員、團隊負責人Arvind Gupta在一份聲明中表示：“二十多年來，天文學家一直在尋找可能是熱木星前身的系外行星 ， 或者是遷移過程的中間產物，所以我非常驚訝和興奮地找到了一顆 。” ?！斑@正是我希望找到的 ?！?br>正在形成的熱木星
科學家們首先使用NN-EXPLORE系外行星和恒星散斑成像儀（NESSI）來消除由地球大氣層引起的“閃爍”模式 ， 并減少來自其他光源的噪聲，這些噪聲可能會在恒星TIC 241249530經過其表面時污染其信號 。
接下來，他們使用NEID光譜儀測量了系外行星圍繞恒星的速度，以確定恒星的光線變化 。
古普塔說：“NESSI為我們提供了比其他方式更清晰的恒星視圖，NEID精確地測量了恒星的光譜，以檢測對軌道系外行星的響應 ?！?。
該團隊對這一光譜的分析證實 ， TIC 241249530 b的質量大約是木星的五倍 。調查還揭示了這顆行星極其偏心的軌道 。行星軌道的偏心率以0到1的比例進行測量，0是完美的圓形軌道，1是高度橢圓 。
矮行星冥王星圍繞太陽的高度橢圓軌道的偏心率為0.25，而地球近乎完美的圓形軌道的偏心度為0.02 。TIC 241249530 b的軌道偏心率為0.94，比通過系外行星探測的凌日方法發現的任何其他系外行星的軌道都要偏心 。
值得注意的是，還有另一顆軌道更平坦的行星HD 20782 b，它是一顆距離我們1117光年的氣態巨星 。它的軌道偏心率為0.956，但這個世界不是用凌日法發現的 。

軌道怪異的系外行星正在我們眼前變成一顆熱木星


與地球和水星（距離太陽最近的行星）的大致圓形軌道相比，TIC 241249530 b的軌道奇怪地拉長了（圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/R.Proctor）
如果TIC 241249530 b被放置在太陽系中 ， 它的軌道將使其比水星更靠近太陽10倍（約300萬英里，即480萬公里） ， 然后正好達到地球與太陽的最大距離（約9500萬英里 ， 或1.53億公里） 。這將導致TIC 241249530 b的溫度變化從地球上一個晴朗的夏天的溫度變化到足以熔化鉛的溫度 。
TIC 241249530 b圍繞其恒星的運動也有另一個不尋常的特征 。這顆行星以與恒星自轉相反的方向繞恒星運行，這被稱為“逆行” 。這在系外行星中很少見 。
TIC 241249530 b軌道的這兩個方面都讓團隊意識到它即將轉變為熱木星 。該團隊認為，隨著這個高度偏心的軌道使行星靠近其恒星，軌道將開始像膨脹的沙灘球的二維陰影一樣填滿 。預計這會發生 ， 因為恒星引力產生的潮汐力會將軌道能量從系外行星上帶走 。
隨著這顆行星的軌道“繞圈”，它也會縮小，使TIC 241249530 b更靠近它的恒星，并給它一年不到10個地球日的時間，這表明向熱木星的轉變已經完成 。
TIC 241249530 b只是發現的第二顆似乎處于熱木星遷移前階段的系外行星 。TIC 241249530 b和這種熱木星前體的先前例子似乎都支持更高質量的氣態巨行星通過從高偏心軌道遷移到更緊、更圓的軌道而轉變為熱木星 。
古普塔總結道：“雖然我們無法實時按倒帶觀看行星遷移過程 ， 但這顆系外行星可以作為遷移過程的快照 ?！??！跋襁@樣的行星非常罕見 ， 很難找到，我們希望它能幫助我們解開熱木星形成的故事 。”
該團隊的研究于7月17日發表在《自然》雜志上 。
編者按：本文已被更正 ， 以澄清所有太陽系行星的軌道都是順行的；金星和天王星顯示逆行自轉，而不是逆行運動 。