紫台等首次揭示Kepler一类特殊行星系统的形成机制

　　7月10日，《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)发表了中科院紫金山天文台季江徽研究员的研究团队与南京大学学者合作的研究成果：首次揭示了开普勒(Kepler)空间望远镜发现的一类特殊行星系统构型的形成机制。该项研究对于解开系外行星系统中近拉普拉斯(Laplace)共振构型形成之谜提供了重要的理论依据。

　　Kepler空间望远镜由美国宇航局(NASA)于2009年3月发射，主要科学目标是利用高精度光度测量方法来探测银河系中的宜居类地行星。在 Kepler公布的观测数据中，研究人员已发现了2321个系外掩星候选体，据不完全统计，其中约有20%是多行星系统。紫台科研人员与合作者对其中一个特殊的多行星系统KOI-152开展了详细研究。KOI-152系统拥有三颗行星，且它们的轨道周期之比接近1:2:4，即构成所谓的Laplace共振构型。Kepler的结果表明，目前约有10个系统中可能具有类似构型。

　　众所周知，在太阳系中，木星的三颗伽利略卫星的公转周期之比也非常接近1:2:4，它们形成了复杂的轨道共振即为Laplace共振。那么人们不禁要问，这种三个天体之间的共振构型是如何形成的?行星形成演化对于构建这种构型起到怎样的作用?

　　该研究提出了一种形成KOI-152构型的机制。研究表明，KOI-152系统中的三颗行星Laplace构型形成经历了行星轨道迁移、共振俘获和潮汐演化等几个重要阶段。首先，系统中三颗行星在距恒星较远的区域形成，由于行星与气体盘的相互作用，直接导致它们各自经历不同类型的向内轨道迁移(即轨道半长轴逐渐减小)。三颗行星在迁移过程中被俘获在平运动共振区域，即从内向外每两颗行星的公转周期之比分别为1:2，同时由于气体盘消失等因素导致这种迁移运动停止，从而留在恒星的邻近区域。接着中心恒星的长期潮汐作用，将使三颗行星的公转轨道逐渐变得越来越圆，最终形成目前观测到的近Laplace共振构型。提出的新理论还可以解释Kepler空间望远镜发现的这一类特殊行星系统的形成。

　　本项研究课题得到国家自然科学基金、中国科学院新兴与交叉学科布局试点项目和江苏省自然科学基金等的资助。