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天文學(xué)家探測(cè)到第二顆圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星

恒星


天文學(xué)家探測(cè)到第二顆圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星


藝術(shù)家對(duì)開普勒-16b的印象，開普勒-16b是已知的第一顆明確圍繞雙星運(yùn)行的行星，也就是所謂的環(huán)雙星 。這顆可以在前景中看到的行星是由NASA的開普勒任務(wù)發(fā)現(xiàn)的 。(Credit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（作者：Evan Gough, Universe Today）：圍繞雙星運(yùn)行的行星處境艱難：它們必須與兩顆獨(dú)立恒星的引力相抗衡 。與環(huán)繞雙星行星所經(jīng)歷的過程相比，圍繞太陽這樣一顆恒星的行星形成相對(duì)簡(jiǎn)單 。直到最近 ， 天文學(xué)家還不確定它們是否存在 。
天文學(xué)家很少發(fā)現(xiàn)有行星環(huán)繞的雙星 。這可能是因?yàn)樗鼈兒芎币?，也可能是因?yàn)楹茈y發(fā)現(xiàn)；可能兩者都有 ?，F(xiàn)在，一組研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一顆擁有不止一顆行星的雙星 。這只是多行星雙星系統(tǒng)的第二個(gè)例子 。關(guān)于這些類型的太陽系 ， 它告訴我們什么？
該系統(tǒng)被稱為TOI-1338，是一顆距離畫蛇座1300光年的雙星 。TOI-1338 a是一顆1.12太陽質(zhì)量的主序星，TOI-1338 b是一顆0.3太陽質(zhì)量的M矮星（紅矮星） 。這個(gè)恒星系統(tǒng)大約有44億年的歷史 。
2017年，美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心的一名暑期實(shí)習(xí)生發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞雙星的行星 。TOI-1338b是一顆環(huán)繞雙星的行星，大約有33個(gè)地球質(zhì)量，大小介于土星和海王星之間 。它圍繞雙星運(yùn)行95天 。
在數(shù)據(jù)中很難找到圍繞雙星的行星，因?yàn)楹阈侵g會(huì)相互遮擋，使得行星凌日很難辨別 。它們的凌日也可能是不規(guī)則的，并且它們只能在雙星中的一顆之前凌日 。TOI-1338b的凌日不規(guī)則 ， 每93到95天發(fā)生一次，因此它是非周期性的 。由于兩顆恒星都在移動(dòng)，凌日的深度也會(huì)有所不同 。

天文學(xué)家探測(cè)到第二顆圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星


TOI 1338 b圍繞恒星的軌道角度隨時(shí)間而變化，因此從我們的角度來看，2023年之后，凌日將有8年的差距 。這一差距使天文學(xué)家相信，那里還有許多其他的環(huán)雙星行星，但我們必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行觀測(cè)才能找到它們 。(Credit: NASA Goddard Space Flight Center)
由于TOI-1338b的傾斜，從我們的角度來看，它將在2023年11月停止在恒星前方凌日 。然后在大約2031年，我們將再次看到凌日 。
現(xiàn)在天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了第二顆圍繞TOI-1338運(yùn)行的行星 。它被稱為TOI-1338/BEBOP-1c ， 他們使用徑向速度法而不是凌日法找到它 。BEBOP這個(gè)名字來自一個(gè)觀察項(xiàng)目 。作者在論文中解釋道：“為了增加已知的環(huán)繞雙星行星的數(shù)量，并為使用凌日法發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的質(zhì)量，我們啟動(dòng)了一項(xiàng)徑向速度觀測(cè)調(diào)查，專門用于探測(cè)環(huán)繞雙星行星，稱為軌道行星護(hù)送的雙星（BEBOP） ?！?。
研究人員在一篇題為“發(fā)現(xiàn)的第一顆徑向速度的環(huán)繞雙星行星”的論文中報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn) 。該論文已被《自然天文學(xué)》雜志接受發(fā)表，并可在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上獲得 。主要作者是英國(guó)伯明翰大學(xué)物理與天文學(xué)院的博士生馬修·R·斯坦丁 。
這顆新行星是一顆大約65地球質(zhì)量的氣體巨星 。它的軌道比TOI-1338b更寬，軌道周期約為215天 。天文學(xué)家使用HARPS和ESPRESSO光譜儀收集的徑向速度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了它 。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著天文學(xué)家首次使用徑向速度發(fā)現(xiàn)了一顆環(huán)雙星行星，該系統(tǒng)也是第二個(gè)發(fā)現(xiàn)的多行星環(huán)雙星系統(tǒng) 。

天文學(xué)家探測(cè)到第二顆圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星


這張研究圖詳細(xì)顯示了TOI-1338系統(tǒng) 。行星c的軌道比行星b寬得多，兩者都不在系統(tǒng)的適居區(qū)內(nèi) 。(Credit: Standing et al. 2023)
天文學(xué)家對(duì)環(huán)繞雙星非常感興趣 。它們?cè)诳苹眯≌f中很常見，但直到開普勒任務(wù)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)才被證實(shí) 。它被稱為開普勒-16b ， 它有自己的獨(dú)特之處 。它在天文學(xué)家認(rèn)為是雙星系統(tǒng)中行星內(nèi)部極限的半徑之內(nèi) 。開普勒16b沒有兄弟行星 。
現(xiàn)在我們知道有12顆環(huán)繞雙星，其中兩顆在多行星系統(tǒng)中 。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)環(huán)繞雙星系統(tǒng)的多行星被稱為開普勒-47，它有三個(gè)已知的外植體 。BEBOP觀測(cè)計(jì)劃旨在發(fā)現(xiàn)更多的環(huán)繞雙星行星，并對(duì)它們進(jìn)行更多的辨別 。它的主要目標(biāo)是找到更多的行星，并通過克服開普勒的一些觀測(cè)偏差來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) 。
雙星系統(tǒng)比我們這樣的單星系統(tǒng)復(fù)雜得多 。雙星以更可預(yù)測(cè)的單星系統(tǒng)所沒有的方式擾亂行星的形成 。雙星在原行星環(huán)境中創(chuàng)造了惡劣的條件 。天文學(xué)家過去認(rèn)為，這些系統(tǒng)中的行星會(huì)遭受災(zāi)難性的碰撞 ， 或者會(huì)被引力擾動(dòng)拋出它們的系統(tǒng) 。但所有這些最近的發(fā)現(xiàn)都表明這不一定是真的 。通過發(fā)現(xiàn)更多的環(huán)繞雙星行星 ， 并描述它們與單恒星行星的相似性和不同性，天文學(xué)家將了解到行星是如何形成和遷移的 。
研究環(huán)繞雙星行星的難點(diǎn)之一是確定它們的質(zhì)量 。BEBOP的設(shè)計(jì)目的不僅是尋找行星，而且更準(zhǔn)確地測(cè)量它們的質(zhì)量 。這一點(diǎn)很關(guān)鍵 ， 因?yàn)橹浪鼈兊馁|(zhì)量有助于確定哪些是蓬松的，因?yàn)樗鼈兊拇髿猸h(huán)境適合于大氣光譜 。BEBOP不僅發(fā)現(xiàn)了第二顆行星，而且更準(zhǔn)確地測(cè)量了TOI-1338內(nèi)行星的質(zhì)量 。
發(fā)現(xiàn)另一個(gè)多行星環(huán)繞雙星系統(tǒng)并確定其質(zhì)量是一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn) 。雖然這些系統(tǒng)顛覆了行星形成模型的某些部分，但最終會(huì)使我們的模型更加精確 。

天文學(xué)家探測(cè)到第二顆圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星


這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)說明了天文學(xué)家在TOI-1338中發(fā)現(xiàn)的情況 。紅色插圖顯示了與恒星相關(guān)的14.6天雙星周期，藍(lán)色插圖顯示了TOI1338/BEBOP1c的215.5天周期 。(Credit: Standing, et al. 2023)
研究人員表示 ， 在某個(gè)時(shí)刻，TOI-1338/BEBOP-1c有可能穿過主星 ， 但他們無法確定何時(shí) 。這是盡管行星和恒星之間的錯(cuò)位 。他們寫道：“一開始，行星雙星失準(zhǔn)使凌日可能性更大 ， 這似乎有違直覺 。” 。根據(jù)作者的說法，這是因?yàn)樾行堑奶炜諆A角圍繞著雙星的天空傾角擺動(dòng)，最終 ， 行星的傾角將接近90度 。這意味著“……絕大多數(shù)圍繞食雙星運(yùn)行的環(huán)繞雙星行星最終都會(huì)過境 。”
該團(tuán)隊(duì)還研究了雙星周圍其他行星的問題 。目前還沒有探測(cè)到任何行星，但可能還沒有 。雖然他們不能確定是否還有其他行星，但他們計(jì)算并繪制了任何潛在探測(cè)的限制 。

天文學(xué)家探測(cè)到第二顆圍繞兩顆恒星運(yùn)行的行星


該研究的密度圖顯示了研究人員方法的檢測(cè)極限 。這很復(fù)雜，但它基本上表明 ， 他們的方法“……在長(zhǎng)達(dá)2000天的時(shí)間內(nèi)對(duì)額外的亞土星質(zhì)量行星很敏感，而我們對(duì)接近不穩(wěn)定極限的海王星質(zhì)量行星則很敏感 ?！?Credit: Standing, et al. 2023)
研究雙星周圍的環(huán)繞雙星行星的問題之一是，我們所知的大多數(shù)行星都太微弱了 。這意味著 ， 對(duì)于包括新行星TOI-1338/BEBOP-1c在內(nèi)的大多數(shù)行星來說 ， 沒有機(jī)會(huì)利用光譜學(xué)探測(cè)它們的大氣層 。但它之前發(fā)現(xiàn)的兄弟，TOI-1338b，可能被照亮了 ?！耙虼?，”研究人員寫道，“盡管TOI-1338/BEBOP-1b可能存在挑戰(zhàn)，但它是我們揭示環(huán)繞雙星行星大氣組成的唯一可能性 。”
作者們?cè)谡撐闹袑懙溃骸霸谀壳耙阎?5顆環(huán)雙星系外行星中，TOI-1338/BEBOP-1b是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡目前唯一可以進(jìn)行透射光譜研究的行星 。如果我們要揭開環(huán)雙星類塔圖因外大氣層的神秘面紗，TOI-1338/BEBOP-1系統(tǒng)提供了新的希望 。” 。