天文学家发现一颗围绕大熊座恒星运行的巨大系外行星

艺术家眼中的 HD 118203 系统中的冷超巨木星。这是一颗质量极大的气体行星，以六倍于地球的轨道绕恒星运行。天文学家认为它的温度非常低。资料来源：UMK

这一发现背后的科学家来自尼古拉斯-哥白尼大学天文学研究所：他们是尼古拉斯-哥白尼大学天文学研究所的 Gracjan Maciejewski 博士、NCU 教授 Andrzej Niedzielski 博士、Krzysztof Goździewski 博士和天文学五年级学生 Julia Sierzputowska。他们与来自西班牙和美国的研究人员（包括亚历山大-沃尔什赞教授）合作，在著名科学杂志《天文学与天体物理学》上描述了这一宇宙发现。

我们面对的是一颗质量极大的系外行星--其质量是太阳系最大行星木星的 11 倍之多。它绕母恒星运行 14 年，与母恒星相距 6 个天文单位（天文单位是天文学中用来衡量距离的常规单位，是地球与太阳之间的平均距离。它是 149597870.7 千米。例如月球与地球的距离为 0.026 a.u.，而木星与太阳的距离为 5.2 a.u.）。

"我们看不到行星，但我们可以发现它所围绕的恒星--用一个小到10厘米的小型望远镜。这颗恒星的物理参数与太阳相似。数据显示，它的质量比太阳大 20%，体积是太阳的两倍。有趣的是，它已经完成了太阳目前所处的进化阶段；在它身后有 50 亿年的时间。因此，我们可以估计这也是整个行星系统的年龄，"北卡罗来纳大学教授、北卡罗来纳大学天文学研究所研究小组组长 Gracjan Maciejewski 博士解释说。

它位于天空北侧的大熊星座，被命名为HD 118203，因为它最早是以这个编号被亨利-德雷珀（Henry Draper）列入星表的。一个多世纪前用来观测这个星表的望远镜现在就在我们位于托伦附近皮奥尼采的天文台里。

德雷珀望远镜是世界上最早的天象仪之一，也就是天球现象的摄影记录仪。图片来源：Andrzej Romanski/UMK

德雷珀望远镜是世界上最早的天文望远镜之一，也就是天球现象的摄影记录仪。它建于 1891 年，是为了"纪念"英年早逝的美国光谱物理学家亨利-德雷珀（Henry Draper），他的妻子安娜-玛丽亚（Anna Maria）用这台望远镜支持了哈佛天文台由爱德华-C-皮克林（Edward C. Pickering）领导的雄心勃勃的计划，即编制一份恒星亮度及其光谱分类的摄影和摄像目录。

用剑桥的这台望远镜拍摄的天空光度和光谱图像超过了 60000 张，它为皮克林的意图做出了巨大贡献，以至于包含近 25 万颗恒星的汇编目录被称为亨利-德雷珀星表。"HD"恒星的名称一直沿用至今，为世界各地的天文学家所熟悉。

德雷珀的天文望远镜是如何来到皮奥尼采的？1947 年秋天，国家天文台的第一座天文台展馆开始建造，展馆的旋转穹顶直径达 5 米。两年后，一台从剑桥寄来的天文望远镜矗立在那里，经过必要的改装后，开始了正常的观测工作。

如今，这座世界上独一无二的有趣纪念碑已成为皮尼切国家科学中心天文研究所的一个景点。

近 20 年来，天文学家一直知道恒星 HD 118203 围绕着一颗质量相当大的行星运行。2006 年，人们发现了第一颗气态巨行星，它的质量为两个木星质量，在短短六天时间里紧紧地围绕着恒星运行。

"然而，多普勒观测结果表明，这并不是故事的结局，可能还有另一颗行星存在。因此，我们立即将这个系统纳入了我们的观测计划，"该发现的共同作者 Andrzej Niedzielski 教授说。"起初，作为托伦-宾夕法尼亚系外行星研究计划的一部分，我们与亚历山大-沃尔茨赞教授合作，使用地球上最大的光学仪器之一--德克萨斯州的九米霍比-埃伯利望远镜对该天体进行了跟踪。"

结果非常乐观，托伦人与来自西班牙的合作者一起，利用意大利伽利略望远镜继续在加那利群岛观测这颗恒星。这个天文台配备了为发现行星而设计的最好的仪器。

尼杰尔斯基教授补充说："然而，八年的研究并没有给出答案，它到底是什么类型的物体。"又过了七年，托伦的天文学家们才获得了无可争辩的证据，证明他们所面对的是一颗行星。

马切耶夫斯基教授说："耐心是有回报的。2023年3月收集到的新观测数据对确定这颗行星的轨道参数至关重要。此外，由于行星绕其恒星运行需要数年时间，我们能够将多普勒观测与现有的天体测量相结合，明确确定其质量。这使我们能够建立这个行星系统的完整模型，并研究其动力学行为。"

不过，在此之前，有必要确保该星系中不再藏有其他行星。这项任务由天文学学生朱莉娅-西耶兹普托夫斯卡（Julia Sierzputowska）承担。

Julia Sierzputowska 说："我分析了用凌日系外行星巡天卫星空间望远镜获得的测光观测数据，结果显示，HD 118203 周围没有其他行星的体积大于地球的两倍，因此质量不足以用于研究该系统的动力学。"

原来，天文学家发现了一个等级行星系统。

Krzysztof Goździewski 教授解释说："这是一种奇特的构造，其中一颗行星与其恒星形成了一对紧密的行星，而第二颗行星在足够宽的轨道上围绕这对行星运行，可以说与第一颗行星形成了另一对行星。"

这两颗行星的质量都很大，轨道都相当长。尽管如此，它们之间的相互引力影响并不会破坏这个系统数百万年的稳定性。

"我们已经证明，这是由于广义相对论产生的效应造成的。"戈兹杰夫斯基教授补充说："如果没有这些效应，行星的行为就会像抖动的弹簧，不断改变其轨道的形状和在空间中的方位。"

天文学家承认，关于行星系统形成和演化的知识仍然隐藏着许多基本的未知数。像HD 118203这样的分层系统，目前已知的只有十几个，这让他们能够探索大质量行星形成的假说。

马切耶夫斯基教授说："一个有趣的问题是关于这种行星配置的发展路径。虽然从我们--太阳系居民--的角度来看，它们相当'奇特'，但了解具有大质量气态行星的系统似乎很重要，这样我们就能了解离我们最近的天文后院。"

"我们的工作并没有结束。我们仍在进行观测和数据分析--还有机会发现更多的行星，令人欣慰的是，我们设法让学生和博士生参与这项有趣而重要的研究"。

编译自/ScitechDaily