米兰官网-从寒到暖，热木星为何要“搬家”越过“雪线”—新闻—科学网

1995年，首颗热木星飞马座51b的发明不仅是天文学里程碑式的发明，还有开启了系生手星研究新篇章。

近日，科研团队基在我国郭守敬千里镜（LAMOST）及欧洲盖亚（Gaia）千里镜等不雅测数据，发明热木星呈现率随春秋出现出分段衰减的纪律。相干研究结果10月31日发表在《天然-天文学》。

论文通信作者、南京年夜学传授谢基伟告诉《中国科学报》，这是“行星的空间漫衍及春秋演化”系列研究规划的主要冲破，也是该系列结果的第7篇论文。

他先容，“行星的空间漫衍及春秋演化”系列研究规划旨于成立行星体系的“时空演化图谱”，展现驱动各类行星族群形成及演化的内涵机制，以和其与星河系形成演化的深层联系关系。

今朝，该规划依托LAMOST等样本数据，构建了包罗数千颗系生手星的时空数据库，开展了各类族群行星体系的普查及统计研究, 并于展现热木星及极短周期行星的演化纪律方面已经取患了主要研究结果。

使人震动的发明

行星的探测与研究可以从太阳系的八年夜行星提及。

太阳系内部门布着四颗较小的类地行星，按间隔太阳由近和远依次为水星、金星、地球及火星；太阳系外部则漫衍着四颗体积更年夜的气态巨行星及一颗冰巨行星，按间隔太阳由近和远依次为木星、土星、天王星、海王星。

为何太阳系会出现出这类“内小外年夜”的构型呢？谢基伟注释道，这跟太阳系的“雪线”相干。于经典的行星形成理论中，“雪线”是太阳系中天体形成的一条主要分界线，年夜概于火星及木星之间，即小行星带区域。

该理论认为，于“雪线”以外，水汽会凝聚成冰，使固体物资的含量显著增长，从而可以或许更快地形成充足年夜的固体焦点，并进一步吸积年夜量气体，降生出巨行星；而于“雪线”以内，固体物资较少，难以形成巨行星。

1995年，两位科学家于位在水星轨道以内发明一颗巨行星——飞马座51b，这是于类太阳恒星飞马座51周围初次发明的行星，向经典的行星形成理论倡议了挑战。

这是一个使人震动的发明，不仅展现了一类全新的系生手星族群：热木星，两位发明者也是以得到2019年诺贝尔物理学奖。

谢基伟先容，热木星的巨细与太阳系中的木星相近，但间隔宿主恒星极近，凡是不到地球与太阳间隔的十分之一，是以外貌温度高达上千摄氏度，被形象地称为“热木星”。

已往30年来，天文学家已经发明数百颗热木星，并举行了年夜量研究，但它们的形成机制与演化依然是一个既使人困惑又极具吸引力的谜题。

过往研究的缺陷

今朝的主流理论认为，热木星最早形成在间隔中央恒星较远的“雪线”之外，然后经由过程某种机制迁徙到当前离主星很近的位置。

至在怎样迁徙，天文学家曾经提出多种机制。

一种是盘迁徙模子，行星与原行星盘的彼此作用下于数百万年内向内迁徙。一种是散射迁徙模子，原行星盘消失后，行星之间轨道发生近间隔交会，有的行星被向内散射，形成热木星。“这个历程比盘迁徙更迟更慢，但绝年夜部门可以于1亿年内完成。”谢基伟说。

还有有一种是“持久浑沌”机制，由于多颗行星于彼此引力持久作用下的演化是“浑沌”的，一些行星会于轨道近星点四周被恒星引起的潮汐效应“俘获”，从而形成热木星。“该历程往往需要履历数万万年至数十亿年。”谢基伟增补道。

到底哪一种机制于热木星的形成中起主导作用？差别机制各自孝敬了几多比例？这些要害问题仍是当前研究的核心难题。

于热木星形成后的持久轨道演化中，热木星因为间隔宿主恒星近，会遭到连续的潮汐耗散作用而向恒星不停接近。颠末充足长的时间，一些热木星甚至可能进入恒星年夜气，被崩溃吞噬。

是以，热木星为研究恒星潮汐彼此作用等提供了抱负的“自然试验室”。

前人的研究往往经由过程对于单个热木星的持久监测，以和热木星群体性子的统计阐发，切磋其潮汐演化历程。谢基伟指出：“这些研究不仅缺少具备代表性的年夜样本不雅测成果，而且预期可不雅测的处于轨道衰减的热木星数目与不雅测不符。”

先慢后快的衰减

热木星的呈现率随时间的演化纪律，成为展现其形成机制及潮汐演化的要害冲破口。

2023年，谢基伟领导团队按照74颗热木星的不雅测样本数据，初次发明并证明热木星的呈现率随恒星春秋增加而降落。这一发明也注释了1999年哈勃千里镜为什么于球状星团中未探测到热木星。

“这些球状星团中的恒星春秋遍及跨越百亿年，即便曾经存于热木星，也早被恒星潮汐力扯破吞噬。”谢基伟说。

最新的研究是于2023年景果的基础上，实现了从定性到定量、从展现不雅测纪律到约束理论模子的两方面深化。

研究团队起首使用LAMOST及Gaia的不雅测数据，阐发了123颗热木星的呈现率随恒星春秋的演化纪律。成果显示，热木星的呈现率不是简朴匀称地随春秋降落，而是出现出较着的分段衰减特性。

谢基伟指出：“热木星的呈现率随恒星春秋增年夜的降落于前期较缓，而于后期速率显著加速，拐点约莫于恒星春秋20亿年。”

为何会呈现如许的环境？研究展现，这一分段衰减纪律源在热木星由“早到族”及“晚到族”两类族群配合组成。约60%的热木星是“早到族”，它们于恒星形成后数万万年内迁徙至恒星四周；约40%的热木星是“晚到族”，它们于恒星形成后数万万年至数十亿年间慢慢迁徙至恒星四周。

“两类族群配合塑造了热木星总体呈现率的演化特性，出现出先慢后快的分段衰减模式。”谢基伟说。

两个族群的轨道构型示用意 受访者供图

研究还有发明，“晚到族”更偏向在呈现于富金属恒星的多行星体系中，其行星公转轨道与恒星自转轨道存于较着倾角。谢基伟注释，恒星中的金属元素重要来自上一代恒星爆炸后的残存物资，是以金属品貌高的恒星凡是形成较晚，也比力年青。“晚到族”的特性与“持久浑沌”机制的理论预期一致。

团队的研究不仅优化了迁徙模子，还有为猜测恒星周围热木星的存于提供了理论依据，有助在推测太阳进入红巨星阶段后，水星、金星与地球的潜于运气。

谢基伟吐露，将来研究团队将进一步拓展至其他行星族群的形成与发源研究，旨于构建系生手星多类型形成演化的同一图景，从而为解答“地球与太阳系于宇宙中是否非凡？”这一命题提供科学依据。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-025-02693-6