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天文学家在已知恒星系统中发现一颗质量比地球大35倍的巨型外星行星

“这个星系也可能还有其他未被发现的行星，难就难在怎么找到他们！”

（图源：NASA系外行星目录）

科学家通过研究名为开普勒-139的恒星系统中已知行星的轨道时，发现了一颗隐藏的外星行星。

天文学家5月2日发表在《天体物理学快报》上指出，这颗新发现的系外行星命名为开普勒-139f，是一个质量大约是海王星两倍和地球35倍的巨大行星，绕其母恒星运转一周需要355天。尽管它体型巨大，开普勒-139f却一直未被发现。

这是因为NASA开普勒天文望远镜在其九年的运转中虽然发现了约3000个行星，但它的探测方式依赖于“凌日”现象——也就是行星从恒星和地球之间穿过时产生的微弱遮光。天文学家根据这种恒星亮度的变暗来识别并计算行星大小。但是开普勒无法观测到在它和恒星视线平面上方或下方运行的行星，所以这些局外者一直藏在视线之外。

不过，如果这颗隐藏的行星属于一个多行星系统，天文学家就有机会在其轨道倾斜的情况下找到它。开普勒-139系统已有三颗岩质的“超级地球”被观测到凌日，随后又发现了第四颗气态巨行星。它们轨道之间的空隙暗示了可能存在其他的行星。通过对轨道的精确测量，天文学家推断出系统中至少还存在一颗行星。

“问题不在于找到那些不发生凌日的行星，而在于如何找到能让我们推测出这些行星位置的情况，”一位来自普林斯顿大学的天体物理科学的研究生，该研究的合作者卡勒布拉莫斯在给太空网的邮件中这样说。

开普勒-139f的发现

开普勒最初识别一颗行星后，通常会通过地面观测来跟进。利用径向速度（RV）法，天文学家能测量恒星的引力牵引，从而确定行星的质量。径向速度测量还可能发新行星，就像外围的巨型气态行星开普勒-139e的发现一样。

每颗行星不仅被其恒星还被系统中的其他的行星的引力所影响，无论这些行星是否能从地球上观察到。这些引力作用会影响行星凌日的速度，从而产生所谓的“凌日时间变化”。通过分析行星凌日的这些变化，天文学家就能发现那些不凌日的行星。

“当你观测到的凌日时间变化无法归因于已知行星时，就可以相当有把握的认为系统中存在一颗未发现的天体，”拉莫斯说。

拉莫斯和他的同事、开普勒团队参与科学家兼该研究的合著者约书亚温开始寻找已知系统中的轨道间隙。然后，他们结合径向速度和凌日时间变化测量来寻找消失的行星，并基于2023年发现的开普勒-139e修正了现有的凌日时间变化的数据。

“开普勒-139的情况不同之处在于，我们拥有精确的径向速度观测，但这种观测本身并不能明确的指向一颗新行星，”拉莫斯说。结合凌日时间变化分析，揭示了第五颗行星——开普勒-139f，它位于最外围的超级地球和气态巨型之间。

一张开普勒-139f的假想示意图，是一颗新发现的类海王星系外行星，质量是地球35倍。（图源：NASA系外行星目录）

这项新发现也帮助解答了开普勒-139e的一个问题。此前关于开普勒-139c——最外围的超级地球的报告显示，它做为一颗亚海王星大小的行星，密度异常高。

这差异的产生是因为当时的研究者不知道开普勒-139f的存在，因此他们将它对恒星的引力部分归因于开普勒-139c。新的数据表明，开普勒-139c的密度更接近典型值，而开普勒-139d和开普勒-139b的密度保持不变。拉莫斯表示，这些修正也间接提供了开普勒-139f存在的证据。

在开普勒-139周围甚至可能还存在其他隐藏的行星。拉莫斯指出b和c行星之间存在明显的轨道空隙，因此“系统中可能还有其他未被发现的行星，难点就在于如何找到它们！”

隐藏的行星

NASA和开普勒后来的系外行星猎手任务，凌日系外行星勘测卫星（TESS），都对靠近恒星运行的行星更为敏感。这些内层行星可能多次发生凌日现象，从而让科学家能够确认它们的存在。但是那些轨道较远的行星只偶尔经过恒星，因此更难被观测和确认。

与此同时，径向速度法更容易偏向“发现”体积较大的行星，因为行星的质量越大，对恒星的引力牵引越强。距离也很关键——行星距离恒星越近，引力效应会按距离反比的平方增强。也就是说，如果一颗行星距离是原来的两倍，它的引力作用是原来的四分之一。这就是为什么那些最早发现的系外行星，大多是体积如木星般巨大，绕其恒星旋转一周只需几天时间。

所有的这些因素都使得发现体积更小、距离更远的行星变得困难，尤其那些不发生凌日的行星。但如果将凌日、径向测量法、凌日时间变化法结合，天文学家就能找到那些更小、隐藏在远处轨道上的行星。

“很可能许多行星系统都存在未被发现的世界，尤其再它们的外层区域。”拉莫斯说道。

但是很快，这些隐身的行星将更难藏匿。到2026年，欧洲航天局（ESA）将发射行星凌日与恒星振荡任务（PLATO），该任务将开展自己的凌日行星巡天，同时重新观测开普勒曾研究过的区域。通过为开普勒勘测十多年前发现的行星提供新的凌日时间数据，PLATO将能更精准的测量凌日时间变化，从而帮助发现更多轨道倾斜、不对齐的行星。

“在未来几年里，PLATO任务可能会大大加快利用凌日时间变化进行行星探测的进程。”拉莫斯说。

BY:Nola Taylor Tillman

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