近年來，天文學家驚訝地發現，大多數類太陽恆星至少有一顆行星位於地球和海王星之間，其軌道比太陽系中的水星更近。我們的太陽系中缺少尺寸和軌道。這些世界被稱為超級地球和海王星。它已成為銀河系中最豐富的行星類型。但從所有的流行情況來看其形式仍不清楚。現在，一個國際研究小組通過直接測量四顆非常年輕的行星演化成這些常見行星形式的過程，找到了一個長期失落的謎題。
通過研究 V1298 Tau 系統，研究人員捕捉到了這顆行星早期發展的不同尋常的圖像。測量結果顯示，整個銀河系中的行星正在轉變為超級地球和海王星。
東京生物天體生物學中心的這項研究的主要作者約翰·利文斯頓說：“真正令人興奮的是，我們看到了一個將成為非常正常的行星系統的例子。”日本表示，我們研究的四顆行星傾向於縮小為“超級地球”，而“海王星”是我們銀河系中最常見的行星類型。但在它的形成過程中，我們從未對它有過如此清晰的了解。 ”
年輕的恆星系統被時間凍結
從天文標準來看，V1298 Tau 仍然非常年輕。它只有大約2000萬年的歷史，與太陽45億年的歷史相比，只是一眨眼的功夫。四顆大行星圍繞這顆充滿活力的恆星運行。每顆恆星的大小範圍從海王星到木星。這些世界似乎只持續很短的時間。以及快速變化的混亂 通過給出一個粗略的圖景。許多成熟的行星系統曾經是什麼樣子？
天文學家認為該系統代表了整個銀河系中常見的緊密排列的多行星系統。正如羅塞塔石碑幫助科學家解讀象形文字一樣，V1298 Tau 也是了解行星常見程度的重要參考點。銀河系的形狀是什麼？
在沒有多普勒信號的情況下測量行星的質量
在整個十年期間，該團隊結合使用太空和地面望遠鏡來監測該系統。他們追踪了每顆行星在其恆星前面運行的精確時刻。一個稱為過境的事件。這些觀測結果表明，行星的軌道並不完全固定。但行星巧妙地聚集在一起。這會導致他們的運動時間發生微小但可測量的變化。
這些變化被稱為渡越時間變化（TTV），科學家們首次能夠直接計算行星的質量。
“對於天文學家來說，主要用於測量行星重量的‘多普勒’方法涉及仔細測量恆星被行星團拉動時的速度，”來自加州大學洛杉磯分校的合著者埃里克·佩蒂古拉（Erik Petigura）說。但年輕的恆星如此不穩定、精力充沛、喜怒無常，以至於多普勒方法根本行不通。通過使用 TTV，我們本質上是在利用行星之間的引力。確定它們拖動鄰居的精確時間可以讓我們計算出它們的質量。並避免與這位年輕明星發生問題。 ”
一顆像宇宙棉花糖一樣輕的行星。
質量測量顯示出顯著的結果。雖然行星大約比地球大五到十倍，但它們的質量卻只比地球大五到十五倍。這種組合使它們的密度特別低。它更像是行星大小的棉花糖，而不是一個堅固的岩石世界。
2019 年領導該系統首次發現的合著者、來自熨斗研究所的特雷弗·大衛 (Trevor David) 表示：“年輕行星的半徑異常大，導致人們假設它們的密度非常低。但這些行星是第一次被稱重。我們提供了第一個觀測證據，證明它們異常‘膨脹’，為行星演化理論提供了一個重要且期待已久的基準。”
隨著時間的推移失去氣氛並收縮
這種劇烈的膨脹解決了行星形成中長期存在的問題。如果行星形成並緩慢冷卻，它們就會變得小得多。分析表明，這些年輕的世界很早就經歷了巨大的變化。隨著恆星周圍的氣盤消失，它很快就會失去大部分稠密的大氣層。
“這些行星經歷了巨大的變化。它迅速失去了原來的大氣層，冷卻速度比我們從標準模型中預期的要快，”理論建模的領導者、來自倫敦帝國理工學院的合著者詹姆斯·歐文解釋道。但它們仍在不斷發展。在接下來的幾十億年裡它們將繼續失去大氣層並顯著縮小。並轉變為我們在整個銀河系中看到的緊湊世界。 ”
佩蒂古拉將該系統的重要性與著名的化石發現進行了比較。他說：“我想起了著名的‘露西’化石，它是我們人類祖先之一，生活在 300 萬年前，也是‘V1298Tau 是我們在天空中看到的恆星/行星形成星雲之間的關鍵紐帶’之一。”
為什麼我們的太陽係與眾不同？
V1298 Tau 現在成為研究銀河系最常見行星如何形成的天然實驗室。對這個系統的觀測為了解地球混亂且多變的早期生命提供了罕見的見解。這可能有助於解釋為什麼我們的太陽系缺乏在其他地方占主導地位的超級地球和海王星。
“這一發現從根本上改變了我們對行星系統的看法，”利文斯頓補充道。 “V1298 Tau 向我們展示了今天的超級地球和海王星最初是巨大而蓬鬆的世界，但隨著時間的推移而縮小。本質上，我們正在觀察宇宙中最成功的行星結構的形成。”
