近年来,已知的太阳系外行星(又称系外行星)数量呈指数级增长。迄今为止,已在4,310个恒星系统中确认了5,799颗系外行星,还有数千颗候选行星等待确认。天文学家特别感兴趣的是M型(红矮星)恒星似乎非常擅长形成岩石行星。

双星系统中发现的系外行星可以解释为何红矮星会形成大质量行星

特别是,天文学家已经发现许多气态巨行星和质量为地球数倍的行星(超级地球)围绕这些低质量、较冷的恒星运行。

以TOI-6383A为例,这是一颗质量不到太阳一半的低温矮星,它与一颗更小、更低温的伴星——红矮星TOI-6383B一起绕行。在最近的一项研究中,一个国际天文学家团队参与了围绕M矮星寻找巨型系外行星(GEMS)调查,发现了一颗在主恒星前方凌日的巨行星,该行星被命名为TOI-6383Ab。

这颗行星的大小和质量与该系统的伴星相似,这引发了人们对红矮星系统中巨行星的形成的疑问。

该团队由德克萨斯大学奥斯汀分校(UTA)和德国航空航天中心(DLR)的天文学博士生LiaMartaBernabò领导。

与她一起参与研究的还有GEMS合作项目的同事,其中包括行星系统宜居性中心、卡内基科学地球与行星实验室、系外行星与宜居世界中心、苏黎世联邦理工学院粒子物理与天体物理研究所、安东潘涅库克天文研究所、NOIRLab、美国宇航局戈达德太空飞行中心以及多所大学和研究所的天文学家。

双星系统TOI-6383中的一颗巨星围绕其中一颗恒星运行。由于两颗恒星都是矮星,因此质量预算问题随之而来。图片来源:DLR

TOI6383系统由两颗红矮星组成,距离地球约560光年。主星(A)的质量约为太阳的46%,体积也与太阳差不多,估计表面温度为3,444K(3,170°C;5,740°F),约为太阳表面温度的60%。

它的伴星(B)质量为太阳的20.5%,大小为太阳的22%,表面温度估计为3,121K(2,848°C;5,158°F)。与此同时,TOI6383Ab的质量和大小与木星相当,轨道周期约为1.79天。

基于NASA凌日系外行星勘测卫星(TESS)的全天覆盖,GEMS勘测团队致力于使用凌日法(凌日光度测定法)寻找围绕M矮星(GEMS)的巨型系外行星。该方法包括监测恒星亮度的周期性下降,这可能表明行星相对于观察者从其母恒星前方经过(又称凌日)。

这颗系外行星被TESS发现,并通过地面望远镜的跟踪光度测量和径向速度测量相结合的方式得到确认。

这项调查旨在检验行星形成的理论,这些理论可分为两大类。第一种情况是核心吸积模型,其中行星围绕着一个巨大的核心凝结。

然而,近几十年来,这一模型受到了质疑,主要是因为它与M型矮星的质量预算和形成时间尺度不一致。矮星周围原行星盘的质量通常较小,这意味着没有足够的物质形成巨行星。

第二种情况是快速形成模型,其中巨大的原恒星盘在自身重力作用下分解成团块,然后吸积物质并形成行星。最近在低质量恒星周围发现这颗巨大的行星将有助于天文学家测试这些相互竞争的模型。

到目前为止,在M型红矮星周围仅发现了20颗大质量系外行星。GEMS调查旨在将这一数量增加到至少40颗,以便对这些模型进行更精确的测试。