【天文物理】共振鏈上的六顆系外行星

林彥興

行星串串樂。

最近在《Nature》上的一篇新研究聯合多座望遠鏡的觀測資料，在鄰近恆星 HD 110067 旁一口氣發現了六顆處於軌道共振中的系外行星。怎麼做到的呢？讓我們一起來看看。

首先，說起當前「搜尋」系外行星的好手，軌道上的 TESS 衛星絕對榜上有名。雖然 TESS 不大，但它的四台相機會不斷盯著 96 x 24 度天區中的恆星，監測它們的亮度變化以搜尋系外行星的存在。而為了能夠觀測整個天空，TESS 會以約一個月為週期切換觀測天區，並以兩年為一個週期把全天巡一遍。

這個研究最早就源自天文學家在 TESS 第 23 期觀測時，發現了四次凌星（transit）事件，初步研判是由兩個系外行星所造成，一個週期 5.6 天，一個週期不明。以此為出發點，天文學家繼續去調閱了 TESS 在第 49 期觀測同一片天區時的資料。結合這兩個批資料，天文學家推翻了原本認為有一個週期 5.6 天的系外行星的假說，發現實際上這個系統裡面應該有一顆週期 9.1 天，一顆週期 13.7 天的系外行星，分別命名為 HD 110067 b 和 HD 110067 c。而除了這兩個系外行星之外，還有另外六個來源不明的凌星事件。

為解開這個謎團，天文學家去申請了歐洲太空總署的 CHEOPS 太空望遠鏡，使用凌星法針對 HD 110067 進行觀測，並以此確認了系統中的第三顆行星：HD 110067 d，週期 20.5 天。

從這三顆行星的軌道週期，天文學家發現 9.1 與 13.7，13.7 與 20.5，這兩者都很接近 2 : 3 的軌道共振週期。於是天文學家想，會不會這個系統中還有更多處於軌道共振中的行星呢？於是仔細比對凌星發生的時間後，他們發現系統中很可能還有一顆週期 30.8 天的 HD 110067 e。

那會不會還有更多的共振行星呢？團隊進一步使用地面望遠鏡，進行凌星與徑向速度的量測，又找到了 HD 110067 f 和 g，軌道週期分別是 41.1 天和 54.7 天，各自處在 4 : 3 的軌道共振上。

於是，HD 110067 這個系統就是由六顆系外行星，分別以 3/2-3/2-3/2-4/3-4/3 的軌道共振串在一起。而結合徑向速度（量測質量）與凌星（量測半徑），這六顆應該都是類似海王星（sub-Neptune）的氣態行星。

尋找這類多行星系統，一方面可以為 JWST 等大望遠鏡提供良好的觀測目標，利用觀測光譜深入理解系外行星；一方面也可以幫助天文學家藉由研究行星「現在」的分布，去了解它們過去的形成與遷徙史。

Credit: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO