在宜居带发现的超级地球系外行星TOI

往事随风760

艺术家描绘的围绕红矮星运行的超级地球表面。图像:ESO/M. Kornmesser

（）据《今日宇宙》（埃文·高夫）：天文学家发现一颗新的超级地球围绕一颗M矮星（红矮星）运行，距离大约137光年。这颗行星被命名为TOI-715b，它大约是地球半径的1.55倍，位于恒星的宜居带内。该系统中还有另一个行星候选者。它的大小与地球相当，如果得到证实，它将是迄今为止TESS发现的最小宜居带行星。

TOI-715是一颗普通的红矮星。它的质量约为太阳的四分之一，半径约为太阳的四分之一。TOI-715b离恒星很近，它的紧密轨道只需要19天就可以绕这颗矮星一周。由于红矮星比太阳暗得多，这使超级地球处于恒星的保守宜居带。

发表在《皇家天文学会月刊》上的新研究介绍了这一发现。它的标题是“一颗地球半径为1.55的宜居带行星，由黄道南极附近的M4星TOI-715承载。”主要作者是伯明翰大学物理和天文学院的乔治娜·德拉斯菲尔德。

宜居带是识别可能有液态水的行星的一种相当粗糙的方法。由于恒星的光谱类型、行星的反照率、质量，甚至其大气的多云程度都可以决定一颗行星是否有液态水，因此它的边界不清楚，甚至相互矛盾。

保守的宜居区（CHZ）的想法更有帮助。它来自Kopparapu等人2014年的一篇论文。在恒星周围的一个区域，一颗岩石行星接受的太阳辐射量是地球的0。42至0。842倍。无论距离远近，任何接收到如此多能量的岩石行星都位于CHZ。

在恒星的CHZ发现超级地球总是令人兴奋的。它激发了我们对其他星球的好奇心，以及一些星球可能存在其他生命的可能性。出于这个原因，它们比像热木星这样的行星更有趣，因为热木星不可能存在液态水或生命。即使是最顽强的极端微生物也无法在炽热木星的恶劣环境中生存。

但这一发现也因其他几个原因而令人兴奋。

既然我们已经发现了数千颗系外行星，天文学家正在观察这些行星的数量趋势。他们注意到的一件事是小行星数量在1.5到2个地球半径之间的差距。它被称为小行星半径间隙或亚海王星半径间隙（也称为富尔顿间隙和光电蒸发谷。）在1.55地球半径处，TOI-715b在该间隙内。

在这个半径间隙中不太可能形成行星。行星必须从更大的地方开始，然后失去质量，最终进入这个间隙。因此，富尔顿间隙告诉我们一些关于一些行星如何失去质量的事情。天文学家认为这个间隙中的行星开始时更大，但它们的恒星通过光蒸发作用剥离了一些质量，使它们收缩。这就是为什么它有时被称为光电蒸发谷。山谷和光蒸发周围有很多不确定性，天文学家希望研究山谷中的行星，看看他们能学到什么。



研究中的这张图用蓝色显示了保守的宜居带。y轴显示了透射光谱度量，这是一种对行星大气受JWST光谱测量影响程度的测量。x轴显示恒星暴晒。TOI-715b以两种形式出现:岩石世界和水世界。如果它是一个水世界，它更容易通过JWST进行有效的光谱分析。TOI-715的另一颗候选行星显示为绿色。还展示了其他有趣的系外行星，包括黄色的TRAPPIST-1行星。学分:皇家天文学会每月通知（2023年）。DOI: 10.1093/mnras/stad1439

“半径谷的重要性在于它有可能教会我们行星的形成和形成后的演化，因此，这个缺口内的行星对于加深我们对塑造它的因素的理解至关重要，“作者解释道。

M矮星周围是否存在这种半径差距还不确定。有可能M矮星有密度间隙而不是半径间隙。“然而，Luque & pallé（2022年）最近的一项研究表明，M矮行星可能有一个密度差距，而不是一个半径差距来分隔两个小行星种群（岩石世界和水世界），”作者写道。

无论是半径差距还是密度差距，TOI-715b都应该告诉我们一些关于系外行星、光蒸发和红矮星周围系外行星分布的性质的信息。但是要发现它告诉我们什么还需要进一步的详细观察。这是这颗超级地球如此引人入胜的第二个原因。

自从我们开始寻找系外行星以来，科学家们一直期待着詹姆斯·韦伯太空望远镜投入使用的那一天。“JWST时代终于到来了，随之而来的是详细描述系外行星大气特征的时代，”作者在论文中写道。JWST有能力观测系外行星大气的光谱并确定其成分。但是，即使JWST非常强大，一些目标也比其他目标为透射光谱学提供了更好的机会。

TOI-715b是主要目标，因为它离恒星很近。由于TOI-715是一颗小型红矮星，这颗行星每19天绕其运行一周，这颗系外行星在其恒星面前的过境更深更频繁。这意味着JWST不需要太多时间来观察行星的大气层，这使得它可以有效地利用太空望远镜的时间。

作者解释说:“在通过透射光谱进行大气表征的背景下，明亮的邻近M矮星是理想的行星宿主，因为小型温带行星将频繁过境，从而能够以更少的望远镜时间对大气特征进行高信噪比探测。”

这个超级地球可以居住吗？没有JWST光谱学，我们只能猜测。它处于保守的宜居区，但这并没有让我们走得很远。尽管如此，还是有一些充满希望的迹象。

TOI-715比我们的太阳老一点，大约66亿岁。根据作者的说法，这颗恒星显示出“低程度的磁活动”。这可能就是为什么与年轻的M矮星相比，这颗恒星在TESS光变曲线中没有出现闪光的原因。众所周知，红矮星表现出极其强大的耀斑，可以使行星绝育。它们还可以剥离大气层，这可能是系外行星光蒸发谷的原因。

另一颗行星可能正在围绕TOI-715运行。它目前只有一个名为TIC 271971130.02的候选行星，但如果得到确认，它将是TESS有史以来发现的最小宜居带行星。但还需要后续的观察来证实。

TOI-715系统是一个迫切需要进一步研究的目标。TOI-715b正在等待轮到它，但最终，JWST将检查它的大气层。如果这些结果支持宜居性，天文学家的兴奋只会增加。与此同时，我们可能会了解更多关于半径或密度差距的信息，这是更彻底了解系外行星的一个障碍。

再加上这颗恒星可能拥有另一颗宜居带行星，这是TESS迄今发现的最小的一颗宜居带行星，TOI-715系统变得更加重要。