热木星为何栖身恒星附近？我国天文学者解密行星演化未来

1995年10月，当天文学家首次在一颗类太阳恒星周围探测到行星“飞马座51b”时，整个行星系统的传统认知被彻底颠覆。这颗气态巨行星的轨道半径仅为日地距离的二十分之一，比水星更贴近其宿主恒星。如此极端的轨道位置，与外太阳系气态巨行星的分布规律形成鲜明对比，迫使科学家重新审视行星形成理论。

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南京大学天文与空间科学学院谢基伟教授指出，传统行星形成理论围绕“雪线”概念展开——在太阳系中，火星与木星之间的小行星带因温度适宜，水冰能够凝结形成固态核心，进而吸附气体形成巨行星。而雪线以内由于恒星辐射强烈，难以积累足够物质形成大型行星。飞马座51b的出现，犹如在恒星旁放置了一个“大雪球”，其存在本身便挑战了经典理论。

为解释这一矛盾，天文学界提出了“热木星”概念。这类行星虽具有与木星相似的气态结构，却因极端靠近恒星而处于潮汐锁定状态——一面永远朝向恒星，另一面则处于永恒黑暗。谢基伟团队的研究揭示，热木星并非直接形成于当前轨道，而是通过三种可能的机制从更远距离迁移而来：原行星盘与行星的相互作用（盘迁移模型）、行星间引力散射（散射迁移模型），以及长期混沌的轨道演化。

2024年，该团队基于74颗热木星的观测数据，首次证实热木星的出现率随恒星年龄增长而下降。这一发现解释了为何1999年哈勃望远镜在球状星团中未探测到热木星——这些星团中的恒星年龄普遍超过百亿年，即便曾存在热木星，也早已被恒星潮汐力撕裂吞噬。近期，团队进一步将样本扩展至123颗热木星，通过中国郭守敬望远镜与欧洲“盖亚”探测器的联合观测，得出更精确的定量结论：热木星的出现率以20亿年为拐点，呈现“先慢后快”的分段衰减趋势。

研究还首次区分了热木星的两大族群：“早来族”与“晚来族”。前者约占六成，在恒星形成初期便完成迁移；后者则通过长期混沌机制，在数十亿年尺度上逐渐靠近恒星。值得注意的是，“晚来族”更倾向于出现在金属丰度较高的恒星周围，且轨道面与恒星自转轴存在显著夹角。谢基伟解释，恒星中的金属元素（比氢和氦重的元素）主要来自上一代恒星爆炸后的残余物质，因此金属丰度高的恒星通常形成较晚，这一特征为“长期混沌”机制提供了关键证据。

目前，人类已确认的系外行星超过6000颗，其中数百颗属于热木星。谢基伟团队的研究不仅优化了迁移模型，还为预测恒星周围热木星的存在提供了理论依据。尽管热木星与地球环境迥异，但研究其被恒星潮汐锁定、逐步耗散的过程，有助于推测太阳进入红巨星阶段后，水星、金星与地球的潜在命运。

该团队计划将研究扩展至岩质行星领域，通过分析恒星系统中类地行星的形成与演化，既可“预见”地球的未来，也为寻找宜居行星提供线索。随着中国空间望远镜项目的推进，未来将拥有更强大的工具探测系外行星，揭开更多行星演化的奥秘。