GJ 3090 b是一顆會凌日的次海王星,繞行母恆星一周只需2.85天。位於智利拉西拉(La Silla)天文台ESO 3.6公尺望遠鏡上的NIRPS近紅外高解析光譜儀,讓天文學家得以量出其軌道的三維幾何:軌道傾角約為136°。由於角度大於90°,這表示它繞行的方向與母恆星自轉方向相反,也就是一條逆行軌道。
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NIRPS究竟量到了什麼?
當行星從一顆正在自轉的恆星盤面前方通過時,高精度光譜儀能偵測恆星譜線中極其微小的變化。透過這些訊號,研究團隊可推算行星軌道平面相對於恆星赤道的取向。
對GJ 3090 b而言,NIRPS的近紅外觀測提供了所需精度,以量出軌道與恆星赤道之間的角度。Ψ約136°並非輕微偏離,而是確認這顆行星具有高度失準、真正逆行的軌道。
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同一批觀測也將這顆行星的質量修正為4.52 ± 0.47個地球質量。結合2.18 ± 0.06個地球半徑的半徑估計,它被歸類為次海王星。
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為何這項發現格外罕見?
GJ 3090是一顆小型、低溫的M型紅矮星,而GJ 3090 b是目前第一個已知繞行這類恆星的逆行行星案例。
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極端傾斜的軌道較常在更熱、更大的恆星系統中測得,部分原因是那裡較容易進行相關觀測。這次NIRPS的近紅外能力尤其關鍵:它使研究團隊能夠研究一顆小行星繞低溫恆星運行時的軌道幾何。
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找不到應該存在的「推手」
對於高度傾斜或逆行軌道,一種常見解釋是後期重力擾動:遙遠的大質量行星或伴星,可在某些系統中逐步改變內側行星的軌道平面。
但就GJ 3090而言,觀測沒有發現寬距離恆星伴星,也沒有找到質量足夠、可提供這種解釋的外側行星。
8 這不代表所有動力學情境都被排除,卻表示「藏著一顆巨型擾動者」這個最直觀的版本,並未獲現有資料支持。
系統中另一顆已確認的行星
目前證據最充分的額外行星是GJ 3090 c。它不會從母恆星前方凌日,是一顆次海王星;其軌道週期為15.9天,最低質量為10.0 ± 1.3個地球質量,與母恆星的距離約0.10 AU。
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有些報導稱NIRPS在這個系統偵測到「另外兩顆行星」。
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5 不過,所提供的資料只一致地點名並確認GJ 3090 c。由於沒有足夠可靠的名稱、週期或質量資料可描述第二個額外天體,因此不宜將它當作同等程度已確認的行星。
「第二個傾斜盤」的形成假說
另一種解釋把逆行軌道的起源推回系統非常早期。這個想法認為,年輕恆星可能在稍後吸積了角動量方向與原始星周盤高度傾斜、甚至相反的氣體與塵埃;若行星是在這第二個盤中形成,便會自然繼承不同的軌道方向。
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這仍是一項假說,而非GJ 3090系統已被證實的形成史。不過,它提供了一種不需要現今大質量伴星的解釋:這條不尋常的逆行軌道可能是原初特徵,是原行星盤物質補給方式留下的印記,而非後期劇烈重力擾動的結果。
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若未來找到更多類似系統,將有助檢驗一個更廣泛的可能性:行星或許可在取向不同的連續星周盤中形成,行星軌道也不必然與恆星最終的自轉赤道對齊。