LAMOST助力揭示热木星的时间演化规律

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借助我国郭守敬望远镜（LAMOST）和欧洲盖亚（Gaia）等望远镜的观测资料，南京大学主导的一项研究测定了热木星的年龄分布，并给出了热木星长期潮汐演化的大样本观测证据，为定量揭示恒星潮汐耗散因子和热木星的形成机制提供了新的关键线索。近日，相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。

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热木星（上）和温冷木星（下）随宇宙时钟（中）演化的艺术想象图。 喻京川绘制

据了解，热木星是大小与木星相近，但轨道周期一般不超过10天，且非常接近其宿主恒星，表面温度很热的一类太阳系外行星。1995年，第一颗热木星——飞马座51b 被发现，它的发现者也因此获得2019年度诺贝尔物理学奖。

目前，已经发现的热木星达到数百颗，它们的存在挑战了之前天文学家基于太阳系建立起的标准行星形成和演化理论。主流理论认为，热木星最早形成于距离中心恒星较远的雪线以外，然后通过某种机制迁移到当前位置。雪线是水在真空中开始凝结为冰的位置，太阳系中的雪线距离太阳约2.7个日地距离。

论文第一作者、南京大学博士陈迪昌介绍，当热木星距离宿主恒星很近时，会受到很强的潮汐作用，逐渐失去轨道角动量而向主星靠近。经过足够长的时间，一些热木星甚至会进入宿主恒星大气，被宿主恒星瓦解吞噬。因此通过研究热木星的年龄分布和时间演化，可以为揭示热木星的形成和潮汐演化提供关键线索。

借助LAMOST和Gaia的观测数据，研究团队对行星系统的宿主恒星的运动学参数做了精确刻画，发现相比于更长周期的类木行星——温冷木星，热木星的宿主恒星的运动速度更小，位于银河系薄盘中的数量比例也更大。研究团队还得到了热木星和温冷木星的运动学年龄，发现热木星的年龄比温冷木星小约20亿年，也就是说热木星倾向于围绕在更为年轻的银河系薄盘恒星周围。

通过进一步修正观测选择效应，研究团队首次定量得到了热木星和温冷木星的出现率随年龄的演化规律。他们发现热木星的出现率随年龄增长而下降，而不同年龄温冷木星的出现率差别不大。这个发现与热木星受恒星潮汐作用而轨道不断衰减的理论预期是一致的，同时也帮助解释了之前长期存在的视向速度巡天和凌星巡天给出的热木星出现率不一致问题，以及热木星在年老的球状星团中的零发现问题。