1年704天 克卜勒任務找到迄今公轉週期最長凌日行星

▲凌日行星編號克卜勒421b(Kepler-421b)。(圖/引用自臺北天文館之網路天文館網站)

國際中心/綜合報導

天文學家找到1顆迄今已知「1年」最長的系外行星。編號克卜勒421b(Kepler-421b)的系外行星,繞其母恆星公轉1周的時間長達704天。相較之下,火星繞太陽一周約為687天,比克卜勒421b稍短一些,迄今已知的1800多顆系外行星,絕大部分都很靠近它們的母恆星,因此公轉週期也短得多了。

此項研究論文的第一作者哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)大衛.基平(David Kipping)表示,一般而言,離母恆星愈遠的行星,其軌道傾角小到能從母橫恆星前方通過的機率愈低;像克卜勒421b這樣的行星,發生凌日現象(transit)的機率僅有0.3%。

更難的是,已經工作了4.35年克卜勒任務迄今只偵測到2次克卜勒421b造成的凌日現象,這比週期短得多的系外行星還難偵測得多,在相同期間內,週期短的系外行星造成的凌日現象估計可以有數百次呢!

這兩種困境加總之下,以凌日法發現長週期系外行星的機會會隨週期增長而減少,約P^(-5/3),舉例來說:發現公轉週期約僅3天的熱海王星(hot-Neptune)的機率,大約比像克卜勒421b這樣的雪線海王星(frost-line-Neptune)還高了9000倍左右。由此便可知發現克卜勒421b是多麼幸運的事!

克卜勒421系統的母恆星是顆橘色的K型恆星,比我們的太陽還稍冷、稍暗一些,距離地球約1040光年,位在天琴座方向。

系外行星克卜勒421b距離其母恆星約1億7700萬公里,大小相當於天王星(約4倍地球直徑),軌道離心率e約0.04(幾乎與天王星相同)。所以基平等人「合理的認為」這顆行星的外觀很可能與天王星和海王星類似,若採用天王星的表面反照率(albedo)估算其表面表面溫度的話,得出僅有約攝氏零下93度左右。

這顆行星的軌道位在分隔岩質行星和氣態行星的「雪線(snow line或frost line)」之外,因此水分會凍結成冰粒,冰粒又彼此沾黏在一起而形成氣體巨行星。

雪線對行星形成理論非常重要。天文學家認為所有的氣體巨行星都是在雪線以外之處形成的。既然絕大部分迄今已發現的氣體巨行星都位在距離母恆星非常近、公轉週期僅有短短的數小時到數天的位置上,因此理論學者相信應該有許多系外行星在形成早期就開始向內遷移,才會成就現在觀測到這許多的熱木星。

行星系統中的雪線位置並不固定,會隨年輕恆星周圍的原行星盤(protoplanetary disc)演化而逐漸向內遷移。以克卜勒421b的例子來說,基平等人估計在這個行星系統誕生後約300萬年時的雪線位置,大約就在克卜勒421b目前所在位置。

一般認為,行星大約會在原行星盤形成後的最初300萬~1000萬年內陸續形成,這意味著我們現今所見的克卜勒421b位置就是它誕生的位置。所以由克卜勒421b來看,行星並不一定得經歷遷移的過程。這可能是以凌日法觀測到的第一個無遷移氣體巨行星。

此外,克卜勒421b的大小僅相當於天王星等級,而不是木星等級,這可能是因為克卜勒421b是在行星形成時期的最後階段形成的,因此製造行星的材料已經不足以讓它可以繼續增大至木星等級。當然,基平等人並無法確知這顆行星到底是如何形成的,畢竟沒人在那兒看著它誕生茁壯。但至少現在所見的各類線索,可稍稍透露這顆行星的部分歷史故事。(文/引用自臺北天文館之網路天文館網站)

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