中日联合发现新的太阳系外行星

寻找太阳系外行星是人类长久的梦想。从1992年人类第一次在一个年龄为10亿年的中子星PSR 1257+12周围探测到行星,到1995年第一次在类太阳星飞马座51周围探测到系外行星,现在已经有335颗太阳系外行星被发现。这些系外行星候选体大多围绕在类太阳星周围。

中国科学院国家天文台赵刚研究员所领导的研究团组与日本国立天文台天文学家合作于2008年在中等质量的 HD173416 红巨星周围发现质量为2.7个木星质量(MJ)的太阳系外行星。这是中国天文学家利用我国2.16米望远镜高分辨率光谱仪及日本冈山天文台1.88米望远镜共同发现的第一颗太阳系外行星。这一最新发现及相关研究以国家天文台为第一单位、刘玉娟博士为第一作者以快报的形式发表在 Research in Astronomy and Astrophysics 2009年第一期上。截至到现在,在这类中等质量的巨星周围只探测到二十几颗系外行星候选体。

HD 173416

2004年,中国科学院国家天文台与日本国立天文台启动搜寻有行星系统恒星项目。双方天文学家利用探测主星视向速度变化的方法,在400颗中等质量的红巨星周围搜寻系外行星系统。我们利用国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜和冈山天体物理观测所1.88米望远镜对HD173416进行多次跟踪观测。最终确认 HD173416 周围存在行星候选体。经分析确定该行星围绕一颗质量为2.0个太阳质量的 HD173416 以324天为周期绕转,距离主星的短半轴为1.16AU(1AU=1.496×108公里)。这是该合作项目“太阳系外行星探测”探测到的第一颗行星候选体。该发现对于理解行星演化理论、验证中等质量恒星的原恒星盘的稳定性时标非常重要。

在晚型星周围搜寻太阳系外行星丰富了我们对于恒星演化的知识。根据演化理论,行星是在恒星形成过程中行星盘中形成。关于巨型行星的形成主要有2种理论:一种为引力坍缩模型,一种为核吸积模型。引力坍缩模型假设巨型气体行星在一个相对厚和冷的盘中形成,这种条件下引力收缩比气体压和离心力更占主导作用,使得行星容易在千年的时标形成。由于引力坍缩模型条件非常苛刻,所以只有极为特别的情况引力坍缩才有效。核聚积是行星形成的另一个主要过程。在这个模型里,行星原胚在原初恒星盘中通过尘埃压缩合并到一起。由于行星原胚超过了质量限制(10个地球质量),气体聚集开始变得有效,巨型气体行星在时标为3-5百万年形成。判断行星是通过引力坍缩还是核吸积形成依赖于行星盘的金属丰度或者是恒星气体的金属丰度。高金属丰度有利于行星通过核吸积方式形成,这是因为星子密度和碰撞率在高金属丰度下都会提高。而对于引力坍缩模型高金属丰度并不能提高行星形成率,它只依赖于恒星盘的质量和温度。Fisher & Valenti (2005)统计分析表明,类太阳星周围,有行星系统恒星比没有行星系统恒星金属丰度偏高,这表明大多数观测到的系外行星是通过核吸积形成,这与 Matsuo et al. (2007)的数值模拟结果相吻合。然而以上结果对于晚型巨星是否成立还尚未可知。由于在晚型巨星周围探测到的行星数目还不够多,统计结果还不可靠,人们尚需要探测到更多的行星。

HD173416b太阳系外行星的发现标志着中国已经具备了独立利用视向速度方法发现系外行星的观测能力。目前我们已经获得大量的观测数据,预期在今后几年里通过国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜探测到若干系外行星候选体。