天文学家探测到第二颗围绕两颗恒星运行的行星

艺术家对开普勒-16b的印象，开普勒-16b是已知的第一颗明确围绕双星运行的行星，也就是所谓的环双星。这颗可以在前景中看到的行星是由NASA的开普勒任务发现的。(Credit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle)

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：Evan Gough, Universe Today）：围绕双星运行的行星处境艰难：它们必须与两颗独立恒星的引力相抗衡。与环绕双星行星所经历的过程相比，围绕太阳这样一颗恒星的行星形成相对简单。直到最近，天文学家还不确定它们是否存在。

天文学家很少发现有行星环绕的双星。这可能是因为它们很罕见，也可能是因为很难发现；可能两者都有。现在，一组研究人员已经发现了一颗拥有不止一颗行星的双星。这只是多行星双星系统的第二个例子。关于这些类型的太阳系，它告诉我们什么？

该系统被称为TOI-1338，是一颗距离画蛇座1300光年的双星。TOI-1338 a是一颗1.12太阳质量的主序星，TOI-1338 b是一颗0.3太阳质量的M矮星（红矮星）。这个恒星系统大约有44亿年的历史。

2017年，美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的一名暑期实习生发现了第一颗围绕双星的行星。TOI-1338b是一颗环绕双星的行星，大约有33个地球质量，大小介于土星和海王星之间。它围绕双星运行95天。

在数据中很难找到围绕双星的行星，因为恒星之间会相互遮挡，使得行星凌日很难辨别。它们的凌日也可能是不规则的，并且它们只能在双星中的一颗之前凌日。TOI-1338b的凌日不规则，每93到95天发生一次，因此它是非周期性的。由于两颗恒星都在移动，凌日的深度也会有所不同。

TOI 1338 b围绕恒星的轨道角度随时间而变化，因此从我们的角度来看，2023年之后，凌日将有8年的差距。这一差距使天文学家相信，那里还有许多其他的环双星行星，但我们必须在适当的时间进行观测才能找到它们。(Credit: NASA Goddard Space Flight Center)

由于TOI-1338b的倾斜，从我们的角度来看，它将在2023年11月停止在恒星前方凌日。然后在大约2031年，我们将再次看到凌日。

现在天文学家已经发现了第二颗围绕TOI-1338运行的行星。它被称为TOI-1338/BEBOP-1c，他们使用径向速度法而不是凌日法找到它。BEBOP这个名字来自一个观察项目。作者在论文中解释道：“为了增加已知的环绕双星行星的数量，并为使用凌日法发现的系统提供准确的质量，我们启动了一项径向速度观测调查，专门用于探测环绕双星行星，称为轨道行星护送的双星（BEBOP）。”。

研究人员在一篇题为“发现的第一颗径向速度的环绕双星行星”的论文中报告了他们的发现。该论文已被《自然天文学》杂志接受发表，并可在arXiv预印本服务器上获得。主要作者是英国伯明翰大学物理与天文学院的博士生马修·R·斯坦丁。

这颗新行星是一颗大约65地球质量的气体巨星。它的轨道比TOI-1338b更宽，轨道周期约为215天。天文学家使用HARPS和ESPRESSO光谱仪收集的径向速度数据发现了它。这一发现标志着天文学家首次使用径向速度发现了一颗环双星行星，该系统也是第二个发现的多行星环双星系统。

这张研究图详细显示了TOI-1338系统。行星c的轨道比行星b宽得多，两者都不在系统的适居区内。(Credit: Standing et al. 2023)

天文学家对环绕双星非常感兴趣。它们在科幻小说中很常见，但直到开普勒任务发现第一个才被证实。它被称为开普勒-16b，它有自己的独特之处。它在天文学家认为是双星系统中行星内部极限的半径之内。开普勒16b没有兄弟行星。

现在我们知道有12颗环绕双星，其中两颗在多行星系统中。天文学家发现的第一个环绕双星系统的多行星被称为开普勒-47，它有三个已知的外植体。BEBOP观测计划旨在发现更多的环绕双星行星，并对它们进行更多的辨别。它的主要目标是找到更多的行星，并通过克服开普勒的一些观测偏差来实现这一目标。

双星系统比我们这样的单星系统复杂得多。双星以更可预测的单星系统所没有的方式扰乱行星的形成。双星在原行星环境中创造了恶劣的条件。天文学家过去认为，这些系统中的行星会遭受灾难性的碰撞，或者会被引力扰动抛出它们的系统。但所有这些最近的发现都表明这不一定是真的。通过发现更多的环绕双星行星，并描述它们与单恒星行星的相似性和不同性，天文学家将了解到行星是如何形成和迁移的。

研究环绕双星行星的难点之一是确定它们的质量。BEBOP的设计目的不仅是寻找行星，而且更准确地测量它们的质量。这一点很关键，因为知道它们的质量有助于确定哪些是蓬松的，因为它们的大气环境适合于大气光谱。BEBOP不仅发现了第二颗行星，而且更准确地测量了TOI-1338内行星的质量。

发现另一个多行星环绕双星系统并确定其质量是一项重要发现。虽然这些系统颠覆了行星形成模型的某些部分，但最终会使我们的模型更加精确。

这项研究的数据说明了天文学家在TOI-1338中发现的情况。红色插图显示了与恒星相关的14.6天双星周期，蓝色插图显示了TOI1338/BEBOP1c的215.5天周期。(Credit: Standing, et al. 2023)

研究人员表示，在某个时刻，TOI-1338/BEBOP-1c有可能穿过主星，但他们无法确定何时。这是尽管行星和恒星之间的错位。他们写道：“一开始，行星双星失准使凌日可能性更大，这似乎有违直觉。”。根据作者的说法，这是因为行星的天空倾角围绕着双星的天空倾角摆动，最终，行星的倾角将接近90度。这意味着“……绝大多数围绕食双星运行的环绕双星行星最终都会过境。”

该团队还研究了双星周围其他行星的问题。目前还没有探测到任何行星，但可能还没有。虽然他们不能确定是否还有其他行星，但他们计算并绘制了任何潜在探测的限制。

该研究的密度图显示了研究人员方法的检测极限。这很复杂，但它基本上表明，他们的方法“……在长达2000天的时间内对额外的亚土星质量行星很敏感，而我们对接近不稳定极限的海王星质量行星则很敏感。”(Credit: Standing, et al. 2023)

研究双星周围的环绕双星行星的问题之一是，我们所知的大多数行星都太微弱了。这意味着，对于包括新行星TOI-1338/BEBOP-1c在内的大多数行星来说，没有机会利用光谱学探测它们的大气层。但它之前发现的兄弟，TOI-1338b，可能被照亮了。“因此，”研究人员写道，“尽管TOI-1338/BEBOP-1b可能存在挑战，但它是我们揭示环绕双星行星大气组成的唯一可能性。”

作者们在论文中写道：“在目前已知的15颗环双星系外行星中，TOI-1338/BEBOP-1b是詹姆斯·韦伯太空望远镜目前唯一可以进行透射光谱研究的行星。如果我们要揭开环双星类塔图因外大气层的神秘面纱，TOI-1338/BEBOP-1系统提供了新的希望。”。