发现高密度超级地球 和提供其形成线索的外行星

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主译：梁晨

校对：澄

审核：牧夫天文校对组

美编：苏奕月

后台：李子琦

原文链接：https://www.abc-nins.jp/934/

图为K2-360系统的示意图。展示了围绕类太阳恒星极近距离轨道运行的超高密度超级地球 K2-360 b（红色），以及更远距离公转的伴星 K2-360 c（蓝色）。K2-360 b位于仅需21小时完成一圈的轨道上，极度高温可能导致其表面熔融。图片来源：天体生物学中心

以日本为中心的国际研究小组发现了围绕类太阳恒星运行的新多行星系统。该系统包含一颗超短周期行星，是迄今为止测量到的密度最大的行星之一。这一发现于 11 月 8 日发表在《自然科学报告》上，使行星在极端环境下的形成和演化成为新焦点为行星在极端环境下的形成和演化研究提供了新的视角。

新发现的K2-360系统距离地球约750光年，由两颗围绕类太阳恒星运行的行星构成：

K2-360 b：它是一颗约为地球1.6倍大小、每21小时绕恒星运行一周的 “超级地球”（比地球大比海王星小的岩石行星）。它的质量是地球的7.7倍，是同类行星中密度最高的行星。

K2-360 c：它是一颗较大的外行星，质量至少是地球的15倍。每9.8天绕恒星运行一周，但这颗行星未从恒星前经过，因此其确切大小尚不确定。

“K2-360 b 是一颗神奇的行星，如同在一个和地球差不多大的球体中塞入了近 8 倍地球质量，具有铅一般的高密度的物质。” 天体生物学中心的研究组长约翰·利文斯顿说，“这使它成为绕恒星公转时间不到一天的‘超短周期’行星（具有精确参数）中已知密度最高的行星。”

这一发现得益于美国宇航局NASA的K2任务，该任务于2016年首次探测到这颗内侧行星在其恒星前方凌日。随后，安装有HARPS 和 HARPS-N 等摄谱仪的地面望远镜在后续观测中证实了这颗行星的性质，揭示了外伴星的存在。

K2-360 b 的极端密度表明，它可能是一颗曾经更大的行星的核心遗迹。由于附近恒星的强烈辐射而失去了外层。“这颗行星让我们看到得以窥见当恒星和行星距离很近时的命运，经过数十亿年的演化，只残留下留下了致密的岩石核心。” 都灵大学的合著者达维德·甘多尔菲这样说明。

外行星 K2-360 c 为该系统增添了另一层神秘色彩。尽管它没有凌日，但通过它对恒星的引力影响能够测量其最小质量。计算机模拟表明，这颗行星可能在该系统的形成和演化中发挥了重要作用。许多靠近恒星运行的行星被认为是通过与它们诞生时的原始气体盘的相互作用而向内移动的，但 K2-360 b 似乎以不同的方式到达了当前轨道。

“我们的动力学模型表明，K2-360 c 可能通过一种高偏心率移动的过程将内行星推入其当前的临近轨道，”尼尔斯玻尔研究所的合著者亚历山德罗·特拉尼说，“由于引力相互作用使内行星的轨道最初时非常椭圆，然后潮汐力逐渐使其在靠近恒星的轨道变成圆形。或者潮汐圆化也有可能是由行星的自转轴倾斜引起的。”

研究小组的分析表明，相比起水星，来K2-360 b更像地球，它由铁分多的岩石组成。基于中心恒星的化学组成模型推断，大型铁核约占K2-360 b质量的48%。这表明尽管密度极高，但它更接近于“超级地球”而不是“超级水星”。

“我们的内部结构模型表明，K2-360 b 可能有一个由岩石地幔包围的巨大铁核”麦吉尔大学博士生合著者马赫什·赫拉斯解释说，“由于从恒星接收到的强烈热量，它的表面可能被岩浆覆盖。了解这样的行星有助于我们解释类地行星在整个星系不同条件下的形成和演化过程。”

K2-360 系统的发现为行星系统架构及其形成过程提供了宝贵的见解。像 K2-360 b 这样的超短周期行星相对罕见，但通过发现大质量外伴星对于其形成的理论约束很有帮助。利文斯顿总结道：“K2-360 是研究在极端环境下行星形成和演化的绝佳实验室。”

该图为质量半径图，显示了 K2-360 b（红色）的位置，以及质量和半径测量精度优于15%的已知行星（黑色）。 超短周期行星（USP）显示为橙色，行星分布的密度估计值显示为灰色。事实证明，K2-360 b 是密度最大的超短周期行星。 浅蓝色矩形显示了1σ范围内非凌日行星 K2-360 c 的质量和半径。 这里的质量对应测定的最小质量（假设轨道倾角为 i=90°），而半径则是根据质量-半径关系推算的。

论文信息

期刊：科学报告

标题：“密度极高、有外伴星的超短周期超级地球”

作者：约翰·H·利文斯顿 (John H. Livingston) 等人。

DOI：10.1038/s41598-024-76490-y

网址：https://www.nature.com/articles/s41598-024-76490-y

2024-11-11

ABC，日本

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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图源网络，作者：MonicaWang

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