1995年10月,天文學界迎來重大突破——人類首次在類太陽恒星周圍發現系外行星"飛馬座51b"。這顆氣態巨行星的軌道半徑僅為日地距離的二十分之一,比水星更靠近宿主恒星,其存在徹底顛覆了傳統行星形成理論。南京大學天文團隊近日通過系統性研究,成功破解了這類"熱木星"的軌道遷移機制,相關成果發表于國際權威期刊《自然-天文學》。
傳統行星形成理論認為,在火星與木星之間存在"雪線",該區域外的低溫環境使水汽凝結成冰,能夠快速形成巨行星核心。然而飛馬座51b的出現打破了這種認知,其極端近恒星的軌道位置如同"大火爐旁的雪球",促使科學家提出"熱木星"這一全新行星類別。這類特殊天體目前已知超過600顆,但其形成演化過程仍存在諸多未解之謎。
研究團隊通過分析123顆熱木星的觀測數據,發現其軌道遷移存在明顯的時間分異特征。約60%的熱木星在宿主恒星形成初期(數千萬年內)通過"盤遷移"機制快速內遷,這類行星被稱為"早來族";剩余40%則通過"長期混沌"機制在數億至數十億年間逐步遷移,形成"晚來族"。這種"分段衰減"模式表現為:20億年前熱木星數量緩慢減少,之后則加速消亡。
進一步研究揭示了兩類熱木星的顯著差異:"晚來族"更傾向于圍繞金屬豐度較高的年輕恒星運行,且軌道平面與恒星自轉軸存在較大傾角。這些特征印證了"長期混沌"理論——行星在漫長歲月中通過多體相互作用獲得遷移能量。研究負責人解釋,恒星金屬豐度越高說明其形成時代越晚,這為區分不同遷移機制提供了關鍵證據。
該成果不僅優化了現有行星遷移模型,更開創了"行星考古學"研究范式。通過分析熱木星的時空分布規律,科學家能夠反推恒星系統的演化歷史。例如太陽在紅巨星階段將膨脹至當前軌道半徑的200倍,屆時水星、金星和地球可能遭遇與熱木星相似的潮汐撕裂命運。這種研究方法為預測系外行星命運提供了新思路。
研究團隊依托中國郭守敬望遠鏡(LAMOST)的巡天數據,構建了包含數千顆系外行星的時空數據庫。這種大樣本統計分析方法,使得識別行星演化規律成為可能。目前團隊正將研究擴展至巖質行星領域,通過分析類地行星的形成環境,既可探究地球的未來命運,也為搜尋宜居行星提供理論支撐。
隨著國際天文觀測設備的迭代升級,行星科學研究正進入精準化時代。歐洲"蓋亞"探測器雖已退役,但我國首座空間天文望遠鏡即將發射升空。這標志著中國將掌握自主獲取高精度天文數據的能力,為破解行星演化奧秘提供更強有力的觀測支持,有望在系外行星研究領域實現更多突破性發現。











