一顆繞著一顆336光年遠的雙星運行的不太可能的行星，可能會為一個離我們更近的星球提供線索：太陽系中一個被稱為第九行星的遙遠的假設天體。
影像來源：NASA, ESA, M. Nguyen(加州大學伯克利分校)，R. De Rosa(歐洲南方天文臺)，P. Kalas(加州大學伯克利分校和SETI研究所)
這張哈勃太空望遠鏡的影像顯示了11顆木星質量的系外行星HD 106906b的一個可能的軌道（虛線橢圓）。這個遙遠的世界與它的宿主恆星相距甚遠，這些恆星的燦爛光芒在這裡被掩蓋，以便可以看到這個星球。這顆行星位於其系統的環繞恆星碎片盤之外，類似於我們自己的柯伊伯帶，它由海王星以外的小而冰冷的天體組成。碎片盤本身是不對稱且扭曲的，這可能是由於任性行星的引力拖曳所致。圖像中的其他光點是背景恆星。
這是天文學家第一次能夠測量出一顆巨大的類木星行星的運動，它的運行軌道遠離其主星和可見的碎片盤。這個碎片盤類似於海王星以外由小型冰狀天體組成的柯伊伯帶。在我們自己的太陽系中，被懷疑的第九大行星也會位於柯伊伯帶之外的一個類似的奇怪軌道上。儘管對第九大行星的搜尋仍在繼續，但這顆系外行星的發現證明了這種奇怪的軌道是可能存在的。
「與我們的太陽系相比，這個系統可能是獨一無二的，」該論文的第一作者、加州大學伯克利分校的阮明治（Meiji Nguyen）解釋說。「這顆行星與它的主星距離非常遙遠，軌道偏置且高度偏離，就像對第九大行星的預測一樣。這就引出了一個問題:這些行星是如何形成並演化成現在的樣子的。」
這顆氣態巨星所在的星系只有1500萬年的歷史。這表明，我們的第九大行星——如果它確實存在的話——可能在我們擁有46億年歷史的太陽系的演化中很早就形成了。
一個極端的軌道
2013年，在智利阿塔卡馬沙漠的拉斯坎帕納斯天文臺，用麥哲倫望遠鏡發現了一顆名為HD 106906 b的11顆木星質量的系外行星。然而，天文學家對這顆行星的軌道一無所知。這需要一些只有哈勃太空望遠鏡才能做到的事情：在14年的時間裡以非常精確的精度收集流浪行星的運動數據。研究團隊使用了哈勃檔案館的數據為這一運動提供了證據。
這顆系外行星與它的一對明亮年輕的主恆星相距極遠——超過地球到太陽距離的730倍，或近680億英裡。如此大的距離使得在哈勃觀測的如此短的時間內確定15000年的軌道變得非常具有挑戰性。鑑於遙遠的母恆星的引力很弱，這顆行星沿著它的軌道移動得非常緩慢。
哈勃望遠鏡團隊驚訝地發現，這個遙遠的星球有一個細長、非常偏離軌道的極端軌道，位於環繞系外行星雙星主恆星的碎片盤之外。碎片盤本身看起來很不尋常，可能是由於這顆任性的行星的引力牽引。
影像來源：NASA，ESA和M. Kornmesser（ESA /哈勃）
這張圖片所示的是一顆名為HD 106906 b的與11顆木星質量相當的系外行星，它圍繞著一顆336光年之外的雙星，佔據了一個不可思議的軌道。它可能會給我們提供一些線索，這些線索可能更接近我們的家園：我們太陽系中一個假設的遙遠成員，被稱為第九行星。這是天文學家第一次能夠測量到一顆巨大的類木行星的運動，這顆行星離它的主恆星和可見的碎片盤非常遠。
它是如何到達那裡的？
那麼，這顆系外行星是如何到達如此遙遠且傾斜異常的軌道的呢？普遍的理論是，它是在離恆星更近的地方形成的，大約是地球到太陽距離的三倍。但是在系統氣體盤內的拖曳導致了行星的軌道衰減，迫使其向恆星對向內遷移。旋轉的雙星的引力作用把它踢到一個偏心軌道上，幾乎把它扔出了系統，扔進了星際空間的真空中。然後，一顆從系統外經過的恆星穩定了這顆系外行星的軌道，阻止它離開自己的主系統。
2019年，來自智利聖地牙哥歐洲南方天文臺的團隊成員羅伯特·德羅薩(Robert De Rosa)和加州大學的保羅·卡拉斯(Paul Kalas)利用歐洲航天局的蓋亞(Gaia)調查衛星的精確距離和運動測量，確定了可能經過的恆星。
凌亂的碎片盤
在2015年發表的一項研究中，卡拉斯領導的團隊發現了這顆失控行星行為的間接證據：該系統的碎片盤是極不對稱，而不是一個圓形的「披薩餅」狀的物質分布。碎片盤的一側相對於另一側被截斷，並且它在垂直方向上也受到幹擾，而不是像在恆星的另一側看到的那樣局限於狹窄的平面。
「這種想法是，每當行星接近最接近雙星時，它就會攪動碎片盤中的物質。」德羅薩解釋道。「所以每次行星經過時，它都會截斷碎片盤，把它推到一邊。在我們知道這顆行星的軌道之前，這一場景已經在類似軌道上的行星的模擬系統中進行了測試。」
「這就像你到達了車禍現場，而你正試圖重建發生的一切。」卡拉斯解釋說。「是經過的恆星擾動了行星，還是行星擾動了碎片盤？是中間的雙星首先擾動了行星，然後又擾動了碎片盤嗎？還是路過的恆星同時擾亂了行星和碎片盤？這是一項天文學的偵探工作，收集我們需要的證據，為這裡發生的事情找到一些可信的故事線索。」
九號行星的代理？
HD 106906 b怪異的軌道在某些方面與導致假想的行星9最終進入我們太陽系外圍的原因相似，遠遠超出了其他行星的軌道，也超出了柯伊伯帶。第九大行星可能形成於太陽系內部，並因與木星的相互作用而被逐出太陽系。然而，木星——太陽系中眾所周知的重達800磅的大猩猩——很有可能將第九大行星甩出冥王星之外。經過的恆星可能通過推動軌道遠離木星和太陽系內部的其他行星而穩定了這顆被毀壞的行星的軌道。
卡拉斯說:「就好像我們自己的行星系統有一臺時間機器，可以追溯到46億年前，看看當我們年輕的太陽系處於動態活動狀態，萬物被推擠和重新排列的時候會發生什麼。」
迄今為止，天文學家僅對第九行星有間接證據。他們在海王星之外發現了一群小型天體，與太陽系的其他天體相比，它們運行的軌道不同尋常。一些天文學家說，這種結構表明，這些物體是在一顆巨大的、看不見的行星的引力作用下聚集在一起的。另一種理論認為，不存在一個巨大的擾動行星，但這種不平衡是由多個小得多的物體共同產生的引力影響造成的。另一種理論是，第九大行星根本不存在，較小星體的聚集可能只是一種統計異常。
韋伯望遠鏡的目標
科學家們計劃利用美國宇航局即將推出的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，獲取HD 106906 b的數據，以詳細了解這顆行星。「你可能會問：這顆行星周圍有自己的碎片系統嗎?它是否會在每次靠近主恆星時捕獲物質？你可以用韋伯的熱紅外數據來測量。」德羅薩說。「此外，在幫助了解軌道方面，我認為韋伯將有助於確認我們的結果。」
因為韋伯望遠鏡對較小的、土星質量的行星很敏感，它可能能夠探測到其他從這個和其他內部行星系統中被噴射出來的系外行星。阮解釋說：「有了韋伯望遠鏡，我們就可以開始尋找更老更暗的行星，」韋伯望遠鏡獨特的靈敏度和成像能力將為探測和研究這些非常規行星和星系提供新的可能性。
該團隊的發現發表在2020年12月10日的《天文雜誌》上。
哈勃太空望遠鏡是NASA與ESA（歐洲航天局）之間國際合作的項目。位於馬裡蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心負責管理該望遠鏡。位於馬裡蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責哈勃的科學操作。 STScI由位於華盛頓特區的天文學研究大學協會為NASA運營。