发现新的系外行星可以帮助科学家理解行星如何形成和演化。
来自悉尼新南威尔士大学的科学家们使用一种被称为“过境时变”的技术定位了一颗潜在的新系外行星——一颗围绕我们太阳系外的恒星运行的行星。
在今天发表在《天体物理学杂志》上的新论文中，Scientia高级讲师本·蒙特（Ben Montet）和博士候选人布伦丹·麦基（Brendan McKee）分析了已知行星过境其恒星时的时间变化，以推测存在第二颗系外行星。
在识别到热木星行星TOI-2818b的运动中出现异常趋势后，来自新南威尔士大学物理学院的团队进行了系列模型模拟，指向已知热木星存在小型行星伴侣。
新的系外行星估计大小为地球的10-16倍，预测的轨道周期少于16天。
“热木星附近有其他行星是很少见的，”蒙特博士说。“因此这颗新行星可能对热木星的形成有一定的影响，并进而帮助我们理解其他太阳系。”
寻找系外行星
系外行星是指任何位于我们自己的太阳系外的行星。与我们太阳系中的行星围绕太阳运行一样，大多数系外行星也围绕恒星运行。
到目前为止，NASA确认已知的系外行星超过5500颗，同时还预测在银河系中存在数万亿颗。已知的系外行星中，大约有500颗是热木星——热的、气态的系外行星。热木星的伴侣行星，即与热木星围绕同一恒星运行的行星，其知名度较低。
寻找系外行星的一种方法被称为过境时变（TTV），利用行星围绕其恒星的运动，这可以影响恒星光亮度的信号。
“从我们在地球所看到的角度，行星在其恒星前面经过，稍微有点像日食，它会阻挡一些光线，”麦基说。“我们的记录将显示，当行星在恒星前面穿过时，恒星发出的光在几小时内会出现下降。而我们每次看到行星围绕时都会看到这些下降。”
蒙特博士将这一现象描述为“行星在恒星上投下了阴影，因此它显得有些暗淡。”
行星是很好的时钟，系外行星围绕恒星的轨道应该保持稳定，确保过境之间的时间一致。“但如果有多个行星在作用，行星会相互拉动，产生引力，导致彼此略微加速或减速，”蒙特博士说。“这意味着过境可能会稍微早于或晚于正常时间，你可以利用这一点推测出是另一颗行星造成了这些时间变化。”
建模行星运动
首先，麦基对TESS望远镜（过境系外行星勘测卫星）的三年数据进行了分析。
一个已知的系外行星是TOI-2818b，它围绕着一颗可通过标准望远镜观察到的恒星运行，位置在离地球约1000光年的海犬座。TOI-2818b是一颗热木星，通过其过境被发现。然而，在分析数据时，麦基注意到其过境的光度下降并不是均匀间隔的——随着时间推移，它们之间的间隔越来越近。
如果这颗行星是一只时钟，它的时间并不准确。某种东西影响了它的轨道，这促使麦基和蒙特博士调查这一谜团。
“棘手的地方在于，有许多合理的解释为什么这颗行星提前到达，”麦基说。
例如，恒星的潮汐力会影响行星的引力，就像我们看到月球与地球之间的作用。当发生这种情况时，行星通常是在向内螺旋，快要被恒星吞噬，这会导致行星的过境越来越早。
“所以我们必须处理所有其他可能发生的情况，这些情况都会导致我们在数据中看到的时间变化，”蒙特博士说。“但我们的测试和模拟表明，其他解释在物理上都是不可能的。这需要非常不切实际的新物理，因此我们能够排除这些解释并认为唯一剩下的选项是必须是另一颗行星。”
这教会我们关于行星形成什么？
第一颗系外行星是在90年代中期发现的。虽然科学家们尚未找到一颗能够像地球那样支持生命的系外行星，但他们已经识别出一些地球大小的岩石系外行星，其中一些位于其恒星的可居住带内，这意味着它们可能在表面上有水。
“关于系外行星我们有很多问题尚未得到回答，”蒙特博士说。“每当我们发现行星时，它们会提出关于它们形成的新难题，而热木星便是一个很好的例子。热木星是我们发现的第一颗系外行星，但我们并不完全理解它们是如何形成的，或者它们为什么会存在。”
科学家们认为热木星可能形成的一种方式被称为动态或温暖激发，这是混乱的，可能使系统不稳定，从而将其他行星从行星系统中排出。第二种可能性称为冷迁移，这是一种更平稳的过程，其中行星逐渐向内漂移。“如果这种平滑的方法是常见的，我们会预计找到有伴随行星的热木星。但如果它们通常缺乏伴侣，这则意味着混乱的散射过程更为频繁，”蒙特博士说。
目前的证据指向这两种过程的混合，但研究更多的热木星将帮助我们确定哪一种更常见。
寻找更多线索
麦基和蒙特博士的工作显示，TOI-2818b的不寻常过境可能是伴侣行星的结果。然而，许多问题仍未得到解答。“我们不知道很多因素，”麦基说。“行星的一些不同特征与我们的模拟相符。”
进一步的观测将帮助缩小干扰行星的具体种类。“在智利的超大型望远镜（VLT）上，ESPRESSO仪器将提供更多数据，并帮助我们在弄清楚行星特征时排除一些可能性，”蒙特博士说。“ESPRESSO数据在排除其他一些奇异解中非常重要，比如环绕着恒星并拖拽热木星的棕矮星。VLT是我们测量这颗隐藏行星确切位置的最佳仪器。”
“每当我们在其他恒星周围发现新的行星系统时，我们都惊讶于有一些我们未曾设想的东西，这些东西与我们自己的太阳系完全不同。”
“每当我们认为我们真的理解行星形成时，我们都会学到新的东西。这将在未来几十年持续发生，因为不同的任务上线并帮助我们以新的方式、使用新技术检测行星。”
蒙特博士强调了以协作方式进行系外行星搜索的重要性。“行星的数量远超过人类，但是能够来自成熟机构的科研人员到公民科学家的更多人合作，我们可以缩小一些最重要问题的答案，并更好地了解宇宙。”
