热木星：宇宙的伴侣

热木星是质量与木星相当的巨大行星，但它们与宿主恒星的距离远比水星与太阳的距离要近得多。这些巨大行星在其观察到的位置形成的机制令人困惑，因为在恒星附近并没有足够的气体和尘埃。因此，它们必须在更远的距离形成，并随着行星系统的发展向内迁移。

直到最近，天文学家发现热木星往往占据孤立的轨道，其周围没有其他行星。这似乎证实了一个理论，解释了它们向内迁移的过程将导致任何内侧轨道行星的添加或移除。然而，新的观察结果显示出另一种可能性。

在日内瓦大学科学学院的天文学系的带领下，一个由UNIBE、UZH和其他国际机构（包括华威大学）组成的合作伙伴关系证明了这一理解的转变。研究人员发现了一个多行星系统，其中包括一个热木星，一个超地球（比热木星更靠近恒星），以及另一个远离恒星的巨行星。因此，如果热木星并不总是孤单存在，那么它们的迁移必定遵循了不同的机制，以维持系统的结构。

独特的多行星系统

WASP-132系统作为一个非凡的多行星排列而突出。它包括一个每7天3小时绕其恒星运行的热木星；一个环绕恒星在24小时17分钟内完成轨道的超地球（比地球大6倍的岩石行星）；以及一个需要5年才能完成围绕其宿主恒星运行的巨行星（质量为木星的5倍）。此外，还有一个质量更大的伴星，可能是棕矮星（介于行星和恒星之间的天体），其轨道距离显著更远。

“WASP-132系统为研究多行星系统的形成和演化提供了一个卓越的实验室。热木星与内侧超地球和远处巨行星的共存挑战了我们对这些系统的形成和演化的传统观念，”法国博许（François Bouchy）表示，他是日内瓦大学天文学系的副教授，也是该研究的共同作者。“这种配置在我们的观察中是前所未有的！”同样，索伦·乌尔梅-莫尔（Solène Ulmer-Moll）在该研究时是日内瓦大学和伯尔尼大学的博士后研究人员，也是论文的共同作者，补充道。

十八年的观察

对WASP-132恒星的研究始于2006年，作为广角行星搜索计划（WASP）的一部分。2012年，经过23,000多次光度观测，识别出行星候选者WASP-132b，其半径为木星的0.87倍，轨道周期为7.1天。2014年，日内瓦大学运营的瑞士欧拉望远镜上的CORALIE光谱仪开始跟踪这一候选者。到2016年，WASP-132b被确认，其质量被测定为木星的0.41倍。此外，CORALIE数据暗示存在另一颗远处巨行星。

随后，在2021年末，TESS太空望远镜探测到了一个过境超地球的信号，其半径为地球的1.8倍，仅需1.01天完成一次轨道。在2022年初，位于La Silla天文台的HARPS光谱仪测量了这颗超地球的质量，确定其质量为地球的六倍，这项研究由华威大学的大卫·阿姆斯特朗（David Armstrong）领导。

“发现内侧超地球尤其令人振奋，”诺兰·格里夫斯（Nolan Grieves）在该研究期间是日内瓦大学天文学系的博士后研究人员，也是论文的首席作者。他表示，“我们必须进行广泛的HARPS观测以及优化信号处理，才能准确确定其质量、密度和成分，最终揭示出一颗具有地球密度的行星。”

对WASP-132的进一步观察正在进行中，欧洲航天局的盖亚卫星自2014年以来一直在监测恒星的微小位置变化，旨在揭示其行星伴星和远处的棕矮星。

关于行星形成的新视角

外侧的寒冷巨行星和内侧的超地球的识别为WASP-132系统引入了关键的复杂性。传统理论认为热木星通过动态扰动向内迁移，在本例中并不成立，因为这将不得不使其他两颗行星的轨道不稳定。相反，这些行星的共存表明热木星在原行星盘内有着更稳定和“冷静”的迁移路径，保持了其他行星轨道的完整性。

结合精确的半径和质量测量，使研究人员能够确定这些行星的密度和内部结构。热木星WASP-132b显示出重元素的丰度约相当于17个地球质量，与气体巨行星的形成模型相一致。相比之下，超地球的成分主要由金属和硅酸盐组成，类似于地球。

“热木星、内侧超地球和外侧巨行星在同一系统内的组合对我们关于行星形成理论，尤其是关于迁移过程的理论施加了重要的限制，”苏黎世大学的教授、该研究的共同作者拉维特·赫尔德（Ravit Helled）总结道。“WASP-132展示了多行星系统的多样性和复杂性，强调了开展高精度长期观察的必要性。”