行星過於靠近年輕恆星會發生什麼？

根據最新研究，被稱為「次海王星」的年輕系外行星，可能最初在距離恆星較遠的地方形成，隨後逐漸向內遷移，或者隨著時間推移失去大氣層。這項研究利用美國太空總署（NASA）的「凌日系外行星巡天衛星」（TESS）資料，由賓州州立大學的研究團隊開發了一款名為「翼龍」（Pterodactyls）的工具，用以穿透恆星噪音，研究年輕恆星周圍的行星。研究發現，次海王星的出現頻率會隨著恆星年齡的增長而改變，這表明行星遷移和大氣流失可能是共同作用的結果，挑戰了我們太陽系作為宇宙模板的觀念。未來任務或許能揭開更多行星形成與演化的秘密。

這項由賓州州立大學主導的研究顯示，多種宇宙過程共同塑造了太陽系外最常見的行星型別之一。研究團隊利用TESS資料，研究了年輕的次海王星，這些行星比地球大但比海王星小，且軌道非常靠近其恆星。研究結果提供了關於這些行星如何隨時間向內遷移，或在早期發展階段失去大氣層的新見解。這項研究於3月17日發表在《天文學期刊》上。

研究團隊指出，這些結果為次海王星的本質與起源提供了重要線索。這類行星在我們的太陽系中並不存在，因此一直充滿神秘感。賓州州立大學天文與天體物理學系博士後研究員、研究團隊領導人瑞秋·費爾南德斯（Rachel Fernandes）表示，目前已發現的約5,500顆系外行星中，大多數軌道非常靠近其恆星，比水星與太陽的距離更近，我們稱之為「近軌道行星」。其中許多是氣態的次海王星，這類行星在我們的太陽系中並不存在。雖然我們的氣態巨行星，如木星和土星，形成於距離太陽較遠的地方，但為何如此多次海王星能在靠近恆星、承受強烈恆星輻射的環境中存活，仍是一個謎。

為了更好地理解次海王星的形成與演化，研究團隊將目光轉向年輕恆星周圍的行星，這些行星直到最近才因TESS的觀測而變得可見。費爾南德斯解釋，比較不同年齡恆星周圍特定大小系外行星的出現頻率，可以告訴我們很多關於行星形成過程的資訊。如果行星通常在特定大小和位置形成，我們應該在不同年齡的恆星周圍看到相似的出現頻率。如果沒有，則表明某些過程正在隨時間改變這些行星。

然而，觀測年輕恆星周圍的行星傳統上非常困難。年輕恆星會釋放強烈的輻射、快速旋轉，並且活動頻繁，產生大量噪音，使得觀測其周圍的行星變得極具挑戰性。費爾南德斯比喻，年輕恆星在生命的前十億年裡就像在「發脾氣」，釋放大量輻射，這些「恆星脾氣」在資料中造成大量噪音。因此，研究團隊花了六年時間開發了「翼龍」這款計算工具，用以穿透噪音，在TESS資料中實際檢測年輕行星。

研究團隊使用「翼龍」評估TESS資料，識別出軌道週期為12天或更短的行星（作為參考，水星的軌道週期為88天），目的是檢查行星的大小，以及這些行星如何受到其主恆星輻射的影響。由於團隊的觀測視窗為27天，這讓他們能夠觀察到潛在行星的兩個完整軌道。他們專注於半徑為地球1.8到10倍的行星，以觀察次海王星的出現頻率在年輕系統中是否與先前TESS和NASA已退役的克卜勒太空望遠鏡觀測到的較老系統相似或不同。

研究人員發現，近軌道次海王星的出現頻率會隨時間變化，與年齡在1億到10億年之間的恆星相比，年齡在1000萬到1億年之間的恆星周圍的次海王星數量較少。然而，在更老、更穩定的系統中，近軌道次海王星的出現頻率則大幅降低。費爾南德斯表示，我們相信多種過程正在塑造我們在這種大小的近軌道恆星中看到的模式。許多次海王星可能最初形成於距離恆星較遠的地方，並隨時間逐漸向內遷移，因此我們在中間年齡的恆星周圍看到更多這種軌道週期的行星。在後期，行星可能更常因恆星輻射吹走其大氣層而縮小，這種稱為「大氣質量流失」的過程可以解釋次海王星出現頻率較低的原因。但很可能是多種宇宙過程共同塑造了這些模式，而非單一主導力量。

研究人員表示，他們希望擴充套件TESS的觀測視窗，以觀察軌道週期更長的行星。未來的任務，如歐洲太空總署的PLATO，也可能讓研究團隊觀察到更小尺寸的行星，類似水星、金星、地球和火星的大小。將分析範圍擴充套件到更小、更遠的行星，可能有助於研究團隊改進工具，並提供更多關於行星如何及在何處形成的資訊。

此外，NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）可能允許研究人員分析個別行星的密度和組成，費爾南德斯表示，這可能為它們的形成位置提供更多線索。她總結道，結合個別行星的研究與我們在這裡進行的群體研究，將讓我們更清楚地瞭解年輕恆星周圍的行星形成。我們發現的太陽系和行星越多，就越意識到我們的太陽系並不是模板，而是一個例外。未來的任務或許能讓我們找到年輕恆星周圍更小的行星，並更清楚地瞭解行星系統如何隨時間形成與演化，幫助我們更好地理解我們今天所知的太陽系是如何形成的。