天文学家在超偏心逆行轨道上发现年轻热木星

天文学家发现了一颗质量为木星五倍的系外行星，它围绕其恒星运行的轨道非常特殊。

TIC 241249530b 于 2020 年 1 月首次被美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星 (TESS) 发现。

为了确认该物体的行星性质，天文学家使用了美国国家科学基金会基特峰国家天文台(NOIRLab 的一个项目)的 WIYN 3.5 米望远镜上的两台仪器。

他们首先利用 NN-EXPLORE 系外行星和恒星斑点成像仪 (NESSI)，采用一种有助于“冻结”大气闪烁并消除任何可能混淆信号源的外部源的技术。

然后，他们使用 NEID 光谱仪，仔细观察其主星的光谱或发射光的波长如何由于系外行星绕其运行而发生偏移，从而测量了 TIC 241249530b 的径向速度。

“NESSI 让我们能够比其他方式更清晰地观察恒星，而 NEID 精确测量了恒星的光谱以检测其对绕行系外行星的反应变化，”NOIRLab 博士后研究员 Arvind Gupta 博士说。

“NEID 的观察安排框架具有独特的灵活性，它允许团队根据新数据快速调整观察计划。”

光谱分析证实，TIC 241249530b 的质量约为木星的五倍。

光谱还显示，这颗系外行星正沿着一条极其偏心或延伸的轨道运行。

行星轨道偏心率的测量范围是从 0 到 1，其中 0 表示完美的圆形轨道，而 1 表示高度椭圆形。

这颗系外行星的轨道偏心率为 0.94，比通过凌日法发现的任何其他系外行星的轨道偏心率都要大。

作为比较，冥王星绕太阳运行的高度椭圆轨道的偏心率为 0.25;地球的偏心率为 0.02。

如果这颗行星是我们太阳系的一部分，它的轨道将从其与太阳的最近距离(比与水星的距离近 10 倍)一直延伸到与地球的最远距离。

这种极端的轨道将导致行星上的温度变化，从夏日的温度到足以熔化钛的温度。

除了这颗系外行星轨道的特殊性之外，研究小组还发现它的轨道是逆向的，也就是与其主星的自转方向相反。

这不是天文学家在大多数其他系外行星或我们自己的太阳系中看到的现象，它有助于研究团队对系外行星的形成历史的解读。

这颗系外行星独特的轨道特征也暗示了它未来的轨迹。

预计其初始高度偏心的轨道和与其主星的极其接近将使该行星的轨道“圆形化”，因为行星上的潮汐力会消耗轨道能量并导致其逐渐收缩和圆形化。

在这次迁移发生之前发现这颗系外行星是非常有价值的，因为它为了解热木星如何形成、稳定和随时间演化提供了重要的见解。

古普塔博士说：“虽然我们无法按下倒带键来实时观看行星迁移的过程，但这颗系外行星可以作为迁移过程的一个快照。”

“像这样的行星极其罕见且难以找到，我们希望它能够帮助我们解开热木星的形成故事。”

宾夕法尼亚州立大学教授杰森赖特说：“我们特别感兴趣的是，在这颗行星以极近的距离靠近其恒星之后，我们可以了解其大气层的动态。”

“像美国国家航空航天局/欧洲航天局/加拿大航天局詹姆斯韦伯太空望远镜这样的望远镜具有探测新发现的系外行星在快速加热过程中大气变化的灵敏度，因此研究团队还有更多有关这颗系外行星的知识需要学习。”

TIC 241249530b 是迄今为止发现的第二颗表现出热木星迁移前阶段的系外行星。

综合起来，这两个例子从观察上证实了这样一种观点：质量较大的气态巨行星在从高度偏心的轨道迁移到更紧密、更圆的轨道时，会演变成热木星。

“二十多年来，天文学家一直在寻找可能成为热木星前身或迁移过程中间产物的系外行星，因此，当我发现一颗行星时，我感到非常惊讶和兴奋。这正是我希望找到的，”古普塔博士说。

该团队的论文今天发表在《自然》杂志上。