天文學家發現了一個美麗的六顆行星系統,軌道幾乎是完美的和諧

2020-12-05 星星知火

到目前為止,我們已經發現了數百顆恆星,它們周圍有多個行星圍繞著它們,分散在銀河系各處。每一顆行星都是獨一無二的,但是一個環繞88光年外的HD 158259恆星運行的系統確實很特別。

這顆恆星本身的質量和太陽差不多,比太陽稍大一些,這在我們尋找系外行星的過程中只是少數。它由六顆行星環繞:「一顆超級地球和五顆迷你海王星」。

經過7年的觀測,天文學家發現這6顆行星都在HD 158259軌道上以近乎完美的軌道共振運行。這一發現可以幫助我們更好地理解行星系統形成的機制,以及它們如何最終形成我們看到的配置。

我們的地球

軌道共振是指兩個物體圍繞其母物體的軌道緊密相連,因為兩個軌道物體相互施加引力影響。在太陽系中,在行星上非常罕見;也許最好的例子是冥王星和海王星。

這兩個天體的軌道共振是2:3。冥王星圍繞太陽轉兩圈,海王星就轉三圈。這就像同時播放的音樂小節,但是有不同的時間標記,第一個有兩拍,第二個有三拍。

在系外行星上也發現了軌道共振現象。但HD 158259軌道上的每一顆行星與另一顆離恆星較遠的行星之間的共振頻率幾乎都是3:2,也就是周期比為1.5。這意味著每三顆行星運行一圈,下一顆就完成兩圈。

由瑞士日內瓦大學天文學家內森·哈拉(Nathan Hara)領導的一個國際研究小組利用索菲攝譜儀(SOPHIE spectrograph)和尋找系外行星的太空望遠鏡(TESS)進行測量,得以精確計算出每顆行星的軌道。

海王星

它們都很緊。離恆星最近的是「超級地球」,TESS發現它的質量是地球的兩倍,軌道是2.17天,3.4天,5.2天,7.9天,12天,17.4天。

每對行星之間的周期比率分別為1.57、1.51、1.53、1.51和1.44。這不是很完美的共振,但它足夠接近分類HD 158259作為一個非凡的系統。

研究人員認為,這是一個跡象,表明圍繞這顆恆星運行的行星並不是在現在的位置上形成的。

太陽系

日內瓦大學的天文學家Stephane Udry解釋說:「我們已經知道了幾個緊湊的系統,其中有幾個行星處於或接近於共振態,比如TRAPPIST-1或Kepler-80。這些星系被認為是在離恆星很遠的地方形成的,然後才會向它遷移。在這種情況下,共振起著至關重要的作用。」

這是因為這些共振被認為是原行星盤中的行星胚胎生長並向內遷移,遠離盤的外邊緣時產生的。這在整個系統中產生了一系列的軌道共振。

然後,一旦盤上剩餘的氣體消散,就會破壞軌道共振的穩定性,這可能就是我們在HD 158259上看到的。這些軌道共振的微小差異可以告訴我們更多關於這種不穩定是如何發生的。

Hara說:「從現在的3:2開始,這個時期的比率包含了大量的信息。一方面有了這些數值,另一方面有了潮汐效應模型,我們可以在未來的研究中限制行星的內部結構。總而言之,該系統的當前狀態為我們提供了一個了解其形成的窗口。」

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