CHEOPS在LHS 1903系统发现第四颗行星:岩石行星出现在“反常”轨道位置

随着系外行星样本持续扩大,天文学界对行星系统结构的认识正不断被刷新。欧洲航天局(ESA)系外行星特征卫星CHEOPS在LHS 1903系统确认第四颗系外行星后,研究人员指出,该系统呈现出与传统太阳系类比不一致的行星分布:一颗岩石行星位于按常见形成图景“不应出现”的位置。

20世纪末,行星形成的经典图景多以太阳系为参照:靠近恒星的高温区域更易形成岩石类行星,而气态与冰巨星通常位于更远轨道。近年来,随着已确认系外行星数量超过6128颗、系外行星系统超过4560个,以及热木星、脉冲星轨道行星等类型的发现,研究者越来越多地将太阳系视为众多可能结构中的一种。

此次引发关注的LHS 1903系统位于北半球天猫座,距离地球约116光年,靠近视星等+4.6的21 Lyn星。其主星为一颗M型红矮星。系统内已知四颗行星中,b与e为岩石行星,分别位于最内侧与最外侧;c与d则为迷你海王星型的“气态矮行星”,质量约为地球的六倍、直径超过地球的两倍。

观测方面,美国国家航空航天局(NASA)的凌日系外行星巡天卫星TESS在2019年至2023年间的多次观测中首先探测到三颗内侧凌日行星;CHEOPS随后在2026年补充确认了第四颗行星。研究还提到,盖亚(Gaia)卫星在天体测量噪声中未见扭曲信号,从而排除了系统中存在更远处气态巨行星的可能性。

根据研究结果,最外侧行星LHS 1903e的轨道半径为0.15天文单位,公转周期为29天;该系统所有行星的轨道范围均位于太阳系水星轨道之内。

相关论文已发表在《科学》杂志,由伯尔尼大学(UNIBE)、行星科学国家研究中心(NCCRPS)与日内瓦大学(UNIGE)等机构的国际团队完成。CHEOPS于2019年发射,标称运行期为3.5年,目前处于延长运行阶段。该任务聚焦凌日系外行星观测,设计、制造及主要运营由瑞士的伯尔尼大学与日内瓦大学承担。

研究团队认为,LHS 1903的结构之所以“反常”,在于岩石行星通常不被认为会在气态行星之外形成。日内瓦大学的Monika Lendl表示,CHEOPS的高精度使得这颗新行星得以被识别,并称其结果对既有理论构成冲击。

传统理论认为,靠近恒星的高温环境不利于岩石核心在周围积累并长期保留气体包层;相对更远的区域则更有利于气体包层的形成与维持。基于这一框架,研究者原本预期LHS 1903系统的第四颗行星也会遵循类似规律,但观测结果并未符合这一预期。

对于该系统的形成路径,论文讨论了多种可能情形,包括该行星是否在形成后迁移至当前位置,或在早期经历撞击导致气态包层被剥离。另一种解释则指向一种十年前提出的思路:系统内行星并非同时形成,而是依次形成;在这种情况下,LHS 1903e可能因原行星盘气体不足而停止生长。伯尔尼大学空间研究与行星科学部的Yann Alibert表示,团队的假设是该行星形成时间晚于系统中的第二与第三颗气态行星,发生在原行星盘气体消散之后。

研究人员指出,LHS 1903展示了系外行星系统结构的多样性。随着更多系统被发现与精细刻画,类似“形成停滞”或结构反常的案例或将进一步丰富现有的系外行星目录。


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