GJ 3090 b是一颗会凌日的亚海王星,绕母星运行一周仅需2.85天。借助位于智利拉西拉天文台ESO 3.6米望远镜上的NIRPS近红外高分辨率光谱仪,天文学家测得它轨道的三维取向:轨道倾角约为136°。这个数值远大于90°,意味着它绕行方向与母星自转方向相反,即处于逆行轨道。
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NIRPS究竟测到了什么?
当行星从一颗自转恒星盘面前方通过时,会遮挡恒星表面不同自转速度区域发出的部分光。高精度光谱观测能够捕捉恒星谱线极其细微的变化,进而推断行星轨道平面相对于恒星赤道面的方向。
对GJ 3090 b而言,NIRPS的近红外观测提供了测量这一几何关系所需的精度。测得的三维自旋—轨道夹角Ψ约为136°,并非普通的小幅偏离,而是明确显示出高度失准、真正逆行的轨道。
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同一批观测还将该行星的质量修正为4.52±0.47个地球质量;结合2.18±0.06个地球半径的半径数据,它被归入亚海王星类别。
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为什么这一发现格外罕见
GJ 3090是一颗小而冷的M型红矮星。GJ 3090 b则是首个已知围绕这类恒星运行、且轨道呈逆行状态的行星。
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极端倾斜的轨道更常在较热、较大的恒星系统中测得,因为这类观测往往更容易开展。NIRPS在近红外波段的性能在这里至关重要:它使研究团队得以测量一颗小行星绕冷恒星运行时的轨道几何结构。
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缺少“肇事者”的难题
高度倾斜或逆行轨道的一种常见解释,是后期的引力扰动:遥远的大质量行星,或伴星,可能在长期演化中逐步改变内侧行星的轨道平面。
但在GJ 3090系统中,观测并未发现宽距离恒星伴星,也没有发现质量足以造成这种扰动的外侧巨行星。
8 这并不能排除所有动力学演化情景,但至少说明“藏着一个巨型扰动者”这一最直接的解释,目前没有得到数据支持。
系统中还有哪些行星?
证据最充分的额外行星是GJ 3090 c。它是一颗不发生凌日的亚海王星,轨道周期为15.9天,最小质量为10.0±1.3个地球质量,与母星的距离约为0.10天文单位。
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部分报道提到NIRPS在该系统中探测到“两颗其他行星”。
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5 不过,现有资料持续以名称和参数确认的只有GJ 3090 c。由于没有可靠的名称、周期或质量信息来支持另一颗额外天体,因此不宜将其表述为与GJ 3090 c同等明确的已确认行星。
“第二个倾斜盘”或许提供另一种解释
另一种假说将逆行轨道的起源追溯到系统形成早期:年轻恒星可能在较晚阶段吸积了一批气体和尘埃,其角动量方向与原始原行星盘强烈倾斜,甚至完全相反。若行星在这个第二个盘中形成,自然会继承其不同寻常的绕行方向。
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这仍是一种假说,并非GJ 3090历史已经被证实的结论。但它提供了一个不依赖现存大质量伴星的解释:这条逆行轨道可能是原初形成环境留下的印记,而非后来剧烈引力扰动造成的结果。
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如果未来发现更多类似系统,或许会支持这样一种图景:行星形成可以发生在先后出现、取向不同的多个盘中;一颗行星的轨道平面,也不一定会与恒星最终的自转赤道保持一致。