中外学者最新研究揭示一颗地外气体巨行星的终极命运

2月25日出版的Nature杂志（Vol. 463, No. 7284）发表了一项由中外天文学家共同完成的研究成果。一颗太阳系外行星WASP-12b由于受到中央恒星引力的影响，以大约每秒60亿吨的速度在向中央恒星流失质量，这是天文学家第一次见证了一颗行星的瓦解和死亡的进程。这项研究发现的主要工作是在新成立的北京大学科维理天文与天体物理研究所完成的。

15年前，我们的太阳系为人们所知的唯一一个行星系统。迄今为止，天文学家已经在其它恒星周围发现了400多颗行星。由于观测上的选择效应，大多数太阳系外行星是更容易被发现的、质量与木星差不多的气体巨行星。然而，与我们太阳系里的木星和土星不同，这些太阳系外行星中20%是轨道距离中央恒星较近的短周期行星。其中一些行星会在“地球”与它们的中央恒星之间穿行，并对它们的中央恒星造成掩食。通过精确地测量掩食时行星所遮挡的中央恒星的光度和掩食时间，天文学家可以测得行星的大小，从而进一步了解行星的内部组成和形成原理。

行星WASP-12b作为一颗特殊的行星使得天文学家感到很疑惑：它的半径远远大于天文学家理论计算所预测到的数值。这颗行星的质量比我们太阳系里质量最大的行星—木星要大50%。尽管理论模型预言这颗行星应该具有与木星一样的大小，但它实际的大小要比木星大将近80%（体积比木星大6倍）。因此，一定有某种机制使得这颗行星有如此膨胀的结构。

WASP-12b 平均一天就围绕它的中央恒星一周。它与中央恒星的距离不到地球与太阳距离的1/40。这么小的距离使得WASP-12b为目前所知的被中央恒星加热强度最大的行星之一。它面向中央恒星那一面的温度有2500多度。

地球与月亮之间的潮汐力引起了地球上一天两次的潮起潮落。而WASP-12b距离中央恒星非常之近，因而中央恒星施加在WASP-12b上巨大的潮汐力使得这颗行星由球状变成了接近橄榄球的形状。

 图解：WASP-12行星系统。WASP-12b用图中紫色表示。WASP-12b周围的浅紫色过渡区域表示它的大气。这颗气体巨行星的轨道并不是圆形轨道。这暗示了该系统应有一个还未探测到的质量较小的行星（用深棕色表示）在扰动行星WASP-12b的轨道。从WASP-12b流出的质量在中央恒星周围形成一个盘，如图中红色区域所示。

这颗行星的持续变形在行星内部产生摩擦力，并加热行星内部。北京大学科维理天文与天体物理研究所所长林潮教授说：“这是第一次有直接证据证明行星内部加热（或称为‘潮汐加热’）能够使得行星膨胀至目前的大小”。

北京大学科维理天文与天体物理研究所研究小组的工作表明：行星WASP-12b受到的潮汐力和膨胀的半径使得这颗行星的质量向中央恒星流失。

NATURE文章的第一作者李抒璘，目前就职于中国科学院国家天文台，她在北京大学攻读博士学位期间完成了该研究的主要工作。她说：“WASP-12b以约每秒60亿吨的速率向中央恒星流失质量。以这个速率，这颗行星将在一千万年里被中央恒星完全吞噬”。她补充道：“这个听起来似乎是一个很长的时间，但是对于天文学家来说，这个时间很短。这意味着这颗行星的寿命仅为地球目前的年龄的1/450”。

从行星WASP-12b流失的质量并不是直接掉入中央恒星，而是形成一个围绕中央恒星的盘，盘旋着缓慢流入。对WASP-12b轨道运动的深入分析表明，该系统可能还有一颗质量较小的类地行星在扰动该行星的轨道。

以目前的观测条件，由行星物质组成的盘，以及该系统中的类地行星均可能被探测到。它们的性质能够进一步揭开这颗行星WASP-12b的神秘面纱。

作者介绍：

李抒璘，毕业于北京大学科维理天文与天体物理研究所，现工作于中国科学院国家天文台；

林潮，北京大学科维理天文与天体物理研究所所长，美国加州大学圣克鲁斯分校天文系教授；

Jonathan Fortney，美国加州大学圣克鲁斯分校天文系教授；

Neil Miller，美国加州大学圣克鲁斯分校天文系研究生。