天文学家确认系外行星TOI-4616 b:或成高辐照岩石行星研究“参考系统”

天文学家报告确认一颗新的岩石系外行星TOI-4616 b,并称其有望成为研究高辐照环境下岩石行星的“参考系统”。研究人员表示,尽管绕M型恒星运行的岩石行星已发现众多,但TOI-4616 b因距离较近、宿主星性质约束较好且具备多波段后续观测基础,可用于对比研究其他M矮星系统中的类地行星及其大气特征。

相关论文题为《TOI-4616 b:一颗绕近邻M4型矮星凌日的基准地球大小行星》,已提交至《皇家天文学会月刊》。论文第一作者为瑞士伯尔尼大学空间与宜居性中心博士研究员Francis Zong Lang,研究目前已在arXiv预印本平台公开。

研究团队指出,随着已确认系外行星数量超过6000颗,尽管观测样本仍存在偏差,一些总体趋势逐渐清晰,其中包括M矮星与岩石系外行星之间的关联。研究显示,M矮星是陆地型行星最丰富的宿主之一,且不少系统包含多颗岩石行星;研究人员在论文中提及,TRAPPIST-1系统拥有七颗岩石行星,是较为知名的例子。

论文称,M型恒星半径较小、光度较低,使得通过凌日方法探测陆地行星并进一步研究其大气性质具备有利条件。研究团队表示,TOI-4616 b由凌日系外行星巡天卫星(TESS)观测到,研究对其进行了发现报告与统计验证。

研究同时强调,绕M矮星近距离运行的岩石行星通常处于强辐照与耀斑活动影响之下,大气可能面临被剥离的风险。此外,M矮星进入主序阶段可能需要10亿至20亿年;在此之前恒星光度高于主序阶段,可能对近轨道岩石行星的大气造成额外的消散压力。

不过,研究人员也指出,大气演化并非单一方向:原始富氢大气更易流失,但以二氧化碳为主的较厚大气可能更能抵抗消散;次生大气也可能在恒星进入主序后很久通过火山活动与喷发形成;强磁场亦可能有助于行星保留大气。研究团队据此认为,M矮星周围岩石行星的大气状态仍较复杂,需要更多观测与可对照的基准系统。

在参数方面,研究给出的宿主星TOI-4616距离地球约91光年,半径约为0.1889太阳半径,质量约为0.1881太阳质量,温度约3150开尔文,符合冷小型M矮星的典型特征。系外行星TOI-4616 b半径约为1.22地球半径,轨道周期约1.55天,平衡温度约525开尔文。研究人员称,这使其处于“早期M矮星宿主的地球大小行星”与“超冷宿主行星”之间的中间状态,并指出在类似条件下,行星的大部分大气可能已在早期阶段流失。

研究团队认为,正因其处于极端辐照环境,TOI-4616 b对检验大气逃逸、内部组成以及挥发物保持等模型具有价值。论文称,该行星“非常适合于强辐照环境下行星结构与演化的比较研究”。

研究还提到,詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)被寄望于推进系外行星大气研究,但并非所有M矮星类地行星都适合作为理想目标,原因包括宿主星测量不够精确或凌日观测次数有限等。相比之下,TOI-4616因长期被观测而具备更充分的资料基础。

论文称,TOI-4616的档案数据可追溯至1954年;此后多项观测项目对其进行记录,包括PanSTARRS在2011年的观测以及SNO/Artemis在2025年的观测。研究人员表示,精确的恒星参数、持续一致的多波段凌日测量以及宿主星亮度等因素,使TOI-4616系统在未来大气与动力学研究中具有较高的参考价值。


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