天文學家發現四顆新的熱木類型系外行星

一組由英國萊斯特大學（University of Leicester）羅珊娜·蒂爾布魯克（Rosanna H.Tilbrook）為首的國際天文學家團隊，利用十二台二十厘米牛頓式光學反射望遠鏡陣列發現四顆新的熱木系外行星，這是次世代凌日法巡天（Next Generation Transit Survey）計劃的一部分。新發現的系外行星比木星大至少一成，但是質量卻比太陽系木星要小。

所謂熱木星在特徵上與太陽系的木星相似，它的公轉周期不到十天。這些系外行星的表面溫度很高，因為它們非常緊密地圍繞著母恆星運行。

研究人員在2017年8月至2018年8月的一次觀測活動中，從四顆星的光度變化曲線中識別出凌日現象。這些訊號的行星性質後來由南非天文台進行的跟進觀測證實。通過分析來自美國太空總署的凌日系外行星巡天衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite）的數據。

新發現的系外行星編號為NGTS-15b，16b，17b和18b。所有這四顆天體都是短週期的行星（軌道周期短於五天），繞著不同的G型主序恆星運行。

NGTS-15b的半徑約為木星半徑的1.1倍，是新發現的四顆行星中最小的一顆。它的質量比木星小25％，並且每3.27天環繞著它的主星公轉一次，與木星的距離為0.044天文單位，這顆行星的平衡溫度為1,146K。母星NGTS-15的光譜類型為G6V，其質量與太陽相似，但比太陽小約5％。觀測結果顯示，NGTS-15已有32.8億歲，有效溫度約為5,600 K，位於2,600光年遠處。

儘管NGTS-16b是今次發現的最大顆系外行星，半徑是木星的1.3倍，但它的質量僅為木星的0.67。行星的軌道周期為4.84天，與它的主星隔開約0.05天文單位，平衡溫度為1,177K。NGTS-16的光譜類型為G7V，與太陽質量相似的恆星，半徑大約是1.21太陽倍 估計該恆星的年齡為102.9億年，它的有效溫度經計算為5,550K。該行星系統位於距地球約2,900光年的位置。

NGTS-17b是新發現的四顆系外行星中最重的系外行星，因為它的質量約為木星質量的0.764。該行星比木星大24％，其平衡溫度在1,457 K。結果顯示，NGTS-17b每隔3.24天繞著它92億歲的母星公轉一次，距離其約0.04 天文單位它。距離地球約3,400光年遠的母星NGTS-17比太陽重得多，半徑約為太陽的1.34倍。恆星的有效溫度是5,650K。

太陽系外行星NGTS-18b是今次發現的最小的行星。它的質量只有木星質量的0.41倍；但是它比木星大21％。它與NGTS-18的距離為0.045天文單位，公轉周期僅需3.05天。這顆行星的平衡溫度估計約為1381K。母星的光譜類型為G5V，其半徑約為太陽的1.4倍，質量與太陽的質量相似。這顆恆星已有108億歲，有效溫度約為5,610 K，並且距地球約3,600光年。

研究團隊考慮到所有結果得出結論：四顆新發現的系外行星中的三顆，即NGTS-16b，NGTS-17b和NGTS-18b，可能是屬於膨脹的系外行星。

考慮宿主恆星的光度和行星的小軌道間隔（0.039至0.052天文單位），我們發現所有四顆熱木星都受到高輻射照射，因此在該區域中的行星膨脹機制變得有效。與統計的比較研究和對行星高輻射​​量的研究，儘管根據當前的貝葉斯膨脹模型（Bayesian inflationary model）進行分析時會發現一些差異，但NGTS-16b，NGTS-17b和NGTS-18b確實有可能在膨脹。

【圖：羅珊娜·蒂爾布魯克；文：節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在2021年3月18日出版的英國《皇家天文學會月報》