“木星”研究揭示热木星时间演化规律

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热木星（上）和温冷木星（下）随宇宙时钟（中）演化的艺术想象图。喻京川/绘

本报讯（记者沈春蕾）借助我国郭守敬望远镜（LAMOST）和欧洲盖亚（Gaia）等望远镜的观测资料，南京大学研究人员主导的一项研究测定了热木星的年龄分布，并给出了热木星长期潮汐演化的大样本观测证据，为定量揭示恒星潮汐耗散因子和热木星的形成机制提供了新的关键线索。相关研究成果近日发表于美国《国家科学院院刊》。

热木星是非常接近其宿主恒星，大小与木星相近但轨道周期一般不超过10天的表面温度很热的一类太阳系外行星。1995年，第一颗热木星——飞马座51b被发现，其发现者因此获得2019年诺贝尔物理学奖。

目前，已经被发现的热木星达数百颗，它们的存在挑战了之前天文学家基于太阳系建立的标准行星形成和演化理论。主流理论认为，热木星最早形成于距离中心恒星较远的雪线以外，然后通过某种机制迁移到当前位置。雪线是水在真空中开始凝结为冰的位置，太阳系中的雪线距离太阳约2.7个日地距离。

论文第一作者、在南京大学从事博士后研究的陈迪昌介绍，当热木星距离宿主恒星很近时，因受到很强的潮汐作用，会逐渐失去轨道角动量而向主星靠近。经过足够长的时间，一些热木星甚至会进入宿主恒星大气，被瓦解吞噬。因此研究热木星的年龄分布和时间演化，可以为揭示热木星的形成和潮汐演化提供关键线索。

借助LAMOST和Gaia的观测数据，研究团队对行星系统的宿主恒星的运动学参数做了精确刻画，发现相比更长周期的类木行星——温冷木星，热木星的宿主恒星的运动速度更低，位于银河系薄盘中的数量比例更大。研究团队还得到了热木星和温冷木星的运动学年龄，发现热木星的年龄比温冷木星小约20亿年，也就是说热木星倾向于围绕在更为年轻的银河系薄盘恒星周围。

通过进一步修正观测选择效应，研究团队首次定量得到了热木星和温冷木星的出现率随年龄演化的规律。他们发现，热木星的出现率随年龄增长而下降，而不同年龄温冷木星的出现率差别不大。这个发现与热木星受恒星潮汐作用，轨道不断衰减的理论预期一致，同时帮助解释了之前长期存在的视向速度巡天和凌星巡天给出的热木星出现率不一致问题，以及热木星在年老球状星团中的零发现问题。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2304179120

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