GJ 3090 b係一顆會凌日嘅次海王星:即係體積介乎地球同海王星之間嘅行星。它每2.85日就繞母星一圈,但真正令人意外嘅唔係速度,而係方向。研究團隊利用設於智利拉西拉天文台、ESO 3.6米望遠鏡嘅近紅外高解析度光譜儀NIRPS,量得其軌道相對母星赤道嘅三維傾角約為136°。由於角度超過90°,代表它嘅公轉方向同母星自轉方向相反,係一條逆行軌道。
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NIRPS實際量到咩?
當GJ 3090 b喺母星盤面前凌日,遮住咗恆星表面一小部分區域,儀器可以透過高精度光譜觀察恆星訊號出現嘅極微細變化。呢類量度讓天文學家推算行星軌道平面相對恆星赤道嘅方向。
NIRPS喺近紅外波段嘅表現尤其關鍵,因為GJ 3090係一顆細小而低溫嘅M型紅矮星。結果得出Ψ約136°,並非普通嘅「有少少歪」:它顯示GJ 3090 b嘅軌道嚴重失準,而且係貨真價實嘅逆行。
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同一批觀測亦把GJ 3090 b嘅質量更新為4.52 ± 0.47個地球質量;配合2.18 ± 0.06個地球半徑,顯示它屬於次海王星類別。
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點解今次發現特別?
GJ 3090係一顆細小、低溫嘅M型紅矮星,而GJ 3090 b係目前首個已知圍繞這類恆星作逆行公轉嘅行星。
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極端傾斜甚至逆行嘅軌道,以往較常喺較熱、較大嘅恆星系統發現;對冷紅矮星及其小型行星做出同類量度更困難。今次正好顯示,近紅外NIRPS可以將軌道幾何研究推展到呢類系統。
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最棘手之處:搵唔到「推手」
要解釋一條大幅傾斜或逆行軌道,常見想法係後期重力擾動:例如一顆遙遠而巨型嘅行星,或者一顆恆星伴星,長時間改變內側行星嘅軌道平面。
但目前觀測未見GJ 3090有寬距離恆星伴星,亦未發現一顆質量足夠嘅外側行星可以提供呢種擾動。
8 呢個結果唔代表所有動力學解釋都被排除,但至少最直接嘅「藏住一個巨型攪局者」說法,未有數據支持。
已確認嘅另一顆行星:GJ 3090 c
系統中另一項有充分資料支持嘅發現係GJ 3090 c。它唔會從我哋視線前方掠過母星,因此並非凌日行星;它每15.9日公轉一次,最低質量為10.0 ± 1.3個地球質量,軌道距離約0.10 AU(天文單位)。
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有部分報道稱NIRPS喺系統內偵測到「另外兩顆行星」。
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5 不過,現有資料一致具名並確認嘅只有GJ 3090 c。對於另一個可能訊號,未有可靠嘅名稱、週期或質量資料,所以唔應該當成同等確立嘅行星去報道。
「第二個歪斜原行星盤」假說
另一個解釋將逆行軌道追溯到系統形成早期:年輕嘅GJ 3090可能後來吸積咗另一批氣體同塵埃,而呢批物質嘅角動量方向同原有星盤嚴重傾斜,甚至完全相反。如果行星喺呢個後來形成嘅第二個盤中誕生,自然會繼承其不尋常嘅軌道方向。
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這仍然只係假說,並唔係已證實嘅GJ 3090歷史。但它提供咗一個毋須假設現時有巨型伴星嘅可能:GJ 3090 b嘅逆行軌道,可能係形成初期吸積環境留下嘅「化石」,而唔係之後被猛烈重力作用翻轉。
如果日後搵到更多相似系統,行星形成模型或要更認真考慮:同一個恆星系統可以先後出現方向不同嘅行星形成盤,而行星軌道未必一定同恆星最後嘅自轉方向對齊。
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