加州大学欧文分校领导的团队揭开了遥远太阳系行星形成和演化的奥秘
最近发现的太阳系有六颗已确认的系外行星，可能还有第七颗，这增强了天文学家对行星形成和演化的了解。加州大学欧文分校研究人员领导的团队依靠遍布全球的天文台和仪器，对系外行星的质量、轨道特性和大气特征进行了迄今为止最精确的测量。
在《天文学杂志》今天发表的一篇论文中，研究人员分享了 TESS-Keck 巡天的结果，全面描述了围绕 TOI-1136 运行的系外行星，TOI-1136 是银河系中的一颗矮星，距离地球超过 270 光年。这项研究是该团队在 2019 年利用凌日系外行星勘测卫星的数据对恒星和系外行星进行初步观测的后续研究。该项目通过记录凌日时间变化(衡量绕轨道运行的行星相互施加的引力的一种方法)，首次估计了系外行星的质量。
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。利用加州汉密尔顿山利克天文台的自动行星搜寻望远镜和夏威夷莫纳克亚山 WM 凯克天文台的高分辨率阶梯状光谱仪，他们可以通过多普勒效应的红移和蓝移来探测恒星运动的细微变化。帮助他们以前所未有的精度确定行星质量读数。
为了获得有关该太阳系行星的准确信息，该团队使用基于 TTV 数据的数百个径向速度测量结果构建了计算机模型。主要作者 Corey Beard，UCI 博士。物理学候选人表示，结合这两种类型的阅读可以产生比以往更多的关于该系统的知识。
比尔德说：“这需要大量的试验和错误，但在开发出迄今为止系外行星文献中最复杂的行星系统模型之一后，我们对结果感到非常满意。”
研究合著者、加州大学尔湾分校物理与天文学副教授保罗·罗伯逊 (Paul Robertson) 表示，行星数量众多是激发天文学团队进行进一步研究的因素之一。
“从研究的角度来看，我们认为 TOI-1136 非常有利，因为当一个系统拥有多个系外行星时，我们可以控制依赖于主恒星的行星演化的影响，这有助于我们专注于导致行星演化的个体物理机制。这些行星具有它们所具有的特性，”他说。
罗伯逊补充说，当天文学家试图比较不同太阳系中的行星时，由于恒星的不同特性及其在银河系不同部分的位置，许多变量可能会有所不同。他说，观察同一系统中的系外行星可以研究经历相似历史的行星。
按照恒星的标准，TOI-1136 很年轻，只有 7 亿年的历史，这是吸引系外行星猎人的另一个特征。罗伯逊表示，与青少年明星合作既“困难又特别”，因为他们非常活跃。在恒星发展的这个阶段，磁性、太阳黑子和太阳耀斑更加普遍和强烈，由此产生的辐射爆炸和塑造行星，影响它们的大气层。
TOI-1136 已确认的系外行星 TOI-1136 b 至 TOI-1136 g 被专家归类为“亚海王星”。罗伯逊说，最小的一颗的半径是地球半径的两倍多，其他的则达到地球半径的四倍，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 运行的时间都不到水星绕地球太阳一周所需的 88 天。罗伯逊说：“我们将整个太阳系打包到恒星周围的一个区域中，这个区域非常小，以至于我们这里的整个行星系统都在它之外。”
“它们对我们来说是奇怪的行星，因为我们的太阳系中没有任何与它们完全相同的行星，”共同作者、加州大学尔湾分校博士雷·霍尔科姆说。物理学候选人。“但是我们对其他行星系统研究得越多，它们似乎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怪的组成部分是可能存在但未经证实的第七颗行星。研究人员发现了系统中存在另一种共振力的一些证据。罗伯逊解释说，当行星彼此靠近运行时，它们可以通过引力相互吸引。
“当你听到钢琴上弹奏的和弦并且听起来不错时，这是因为你听到的音符之间存在共鸣，甚至是间隔，”他说。“这些行星的轨道周期间隔相似。当系外行星发生共振时，牵引力每次都朝同一方向。这可能会产生不稳定效应，或者在特殊情况下，它可以使轨道更加稳定。”
罗伯逊指出，这项调查远没有回答他的团队关于该系统中系外行星的所有问题，而是让研究人员想要寻求更多的知识，特别是关于行星大气成分的知识。他说，最好通过美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的先进光谱功能来进行这一调查。
“我很自豪 UCO 的利克天文台和凯克天文台都参与了一个非常重要的系统的表征，”加州大学天文台副主任 Matthew Shetrone 说。“在同一个系统中拥有如此多的中等大小的行星确实可以让我们测试形成场景。我真的很想更多地了解这些行星!我们是否可能在同一个太阳系中找到一个熔岩世界、一个水世界和一个冰世界?这几乎感觉就像科幻小说一样。”
与罗伯逊和比尔德一起参与这项研究的还有来自西班牙加那利群岛天体物理研究所的研究人员。加州理工学院;瑞典查尔姆斯理工大学;马里兰州约翰霍普金斯大学;西班牙拉拉古纳大学;瑞典隆德大学;波兰尼古拉斯·哥白尼大学;新泽西州普林斯顿大学;日本立命馆大学;加利福尼亚州 SETI 研究所;马里兰州太空望远镜科学研究所;加州大学圣克鲁斯分校;加州大学伯克利分校;加州大学洛杉矶分校;加州大学河滨分校;夏威夷大学;芝加哥大学;堪萨斯大学;印第安纳州圣母大学;澳大利亚南昆士兰大学;和康涅狄格州耶鲁大学。资金由 WM Keck 基金会、NASA 和国家科学基金会提供。
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