天文学家发现四颗“婴儿”行星，揭示银河系行星奥秘

天文学家已经编目了数千个系外行星，并且一个模式不断出现：在大多数恒星周围，最常见的行星是比地球大、比海王星小的。它们通常被称为 超级地球 和 亚海王星，并且在统计中占据主导地位。但是这些真的是最常见的行星类型吗？

现在，一项新的 自然 研究 指向了一个答案，通过捕捉四个行星在大多数系统中从未展示过的阶段：笨拙、超大的“婴儿”阶段。这些行星围绕一颗年轻的类太阳恒星 V1298 Tau 运行，国际研究团队认为它们正在演变成主导系外行星普查的超级地球和亚海王星。

加州大学洛杉矶分校的天文学家 Erik Petigura 把这个系统比作连接两个时代的化石。

“我想到了著名的‘露西’化石，它是我们300万年前的古人类祖先之一，是猿类和人类之间的‘缺失环节’，”Petigura 说，他是物理和天文学的教授，同时也是论文的第二作者。

“V1298 Tau 是我们在天空中看到的恒星和行星形成星云与我们现在发现的成熟行星系统之间的关键纽带。”

这颗恒星的年龄仅有1000万到3000万年，相比于太阳的45亿年，几乎是刚出生。围绕它运行着四颗大型行星，首次在2019年被识别出来，每颗行星的半径大约是地球半径的五到十倍。这么大的体积，乍一看，大家可能会觉得它们是沉重的迷你气态巨行星。

初次印象可能会让人误解

为了确定行星的质量，研究人员使用了一种不依赖于测量恒星微小摇摆的技术。相反，他们观察行星的过境——即在恒星前面经过——并追踪这些过境时间的变化。当几颗行星紧密轨道运行时，它们会在引力上相互拉扯，导致一些过境提前到达，而另一些则延迟到达。这些“时间表的变化”可以用来估算行星的质量。

V1298 Tau 系统并没有让这项工作变得简单。事实上，如果不是凭借直觉和一点好运，团队根本不会有这样的发现。

“我们对最外层行星进行了两次过境观测，间隔了好几年，我们知道中间错过了很多次，”佩蒂古拉说。“有数百种可能性，我们通过运行计算机模型和做出合理的推测来逐步缩小范围。”

答案的到来就像现在许多新闻一样突然。来自东京天体生物学中心的首席作者约翰·利文斯顿发来的 Slack 消息突然出现在佩蒂古拉的屏幕上：“嘿，我们从地面得到了！”

利文斯顿用地面望远镜再次捕捉到了这颗难以捉摸的最外层行星的过境观测，确定了它的轨道周期。

“我简直不敢相信，”佩蒂古拉说。“时机如此不确定，我以为我们至少要尝试六次。这就像在高尔夫中打出一杆进洞。”

随着轨道的确定，团队可以通过它们的过境时间的变化来“称量”所有四颗行星。结果令人惊讶：这些行星看起来巨大，但它们的质量却很适中。它们的体积更接近超级地球/亚海王星范围，而不是典型的气体巨星。

这种大尺寸和相对低质量的组合意味着这些行星的密度必须极低。

“通过首次称量这些行星，我们提供了第一个观测到的证据，”共同作者特雷弗·大卫说，他帮助领导了2019年的研究。“它们确实异常‘蓬松’，这为行星演化理论提供了一个关键的重要参考。”

那么我们在看什么呢？研究人员表示，这并不是一个总是以这种方式存在的奇怪系统，而是一个在稳定之前被捕捉到的正常系统。

“令人兴奋的是，我们正在看到一个将成为非常普通的行星系统的预览，”利文斯顿说。“我们研究的四颗行星可能会演变成‘超级地球’和‘亚海王星’——这是我们银河系中最常见的行星类型，但我们从未在它们的形成阶段看到如此清晰的样子。”

这个想法是，年轻的行星可以开始时充满炽热气体，然后随着冷却和大气的流失而收缩，尤其是在年轻恒星强烈辐射的影响下。团队的理论模型指出，未来仍然会有重大变革。

对于系外行星科学来说，V1298 Tau的价值在于其时机。成熟的超级地球和亚海王星很常见，但它们的起源故事大多是事后才被重建的。这个系统让天文学家在它们的未来仍在数据中揭示时，观察到‘之前’的样子。