博亚吉安星那颗过大的行星或许戴着一个环
2019年9月3日至4日,TESS卫星观测到一颗名为KIC 8462852的恒星在大约21小时内损失了约**1.1%**的光,随后恢复。这次变暗平滑而对称:正是一个坚实、大致呈圆形的天体从恒星前方经过时会产生的样子。对这颗恒星来说,这是一个引人注目的变化。
一颗躁动恒星上的一次干净变暗
KIC 8462852更广为人知的名字是博亚吉安星或塔比星,除此之外它是一颗普通的恒星。然而,在开普勒(Kepler)任务监测它的四年里,它的光曾突然、不规则地下降,降幅高达15%和22%——远远超出任何行星所能造成的程度。这些变暗在偏蓝的光中更强,这是尘埃颗粒而非固体天体的迹象。人们提出的“元凶”从正在瓦解的彗星到被吞没的行星,甚至还有非自然的“巨型结构”;没有一种获得普遍认可。主流模型需要一个看不见的大质量伴天体,它的引力把制造尘埃的天体送上掠过恒星的轨道。
马杜尔加-法维耶雷斯(Madurga-Favieres)及其同事最近的一项研究,把这次干净的凌星与存档的视向速度数据结合起来——视向速度是伴天体施加在恒星上的微小来回运动。他们发现了一个9.4倍木星质量(大约在5到14之间)的伴天体,半径为1.7 ± 0.1倍木星半径,轨道周期至少约1,030天。如果得到证实,它可能就是人们长期寻找的、驱动这颗恒星周围彗星的那个天体。
就其质量而言太宽了
北京清华大学的天文学家Wei Zhu和Quanyi Liu指出了这些数字中的一个问题。比木星更重的气态巨行星主要靠紧密堆积、抵抗压缩的电子来支撑;当它处于低温时,增加质量几乎不会改变它的半径。模型与实测的低温巨行星质量–半径关系相互吻合:在大约2到12倍木星质量范围内,半径为1.0到1.1倍木星半径。
通常让行星膨胀的途径在这里都行不通。强烈的星光会让轨道很近的“热木星”膨胀,但这个伴天体的估计温度只有约270开尔文,即约−3 °C。这颗恒星年龄约12亿年,也太老了,行星形成时残留的热量帮不上忙。因此,1.7倍的半径大了60%–70%。
已知凌星行星的质量与半径:博亚吉安星的伴天体(红色方块)远高于低温巨行星的预期大小(黑色曲线和橙色带)。——图1,Zhu & Liu(2026),arXiv:2610.34806。
把一部分阴影藏进环里
这个设想是几何上的:一颗较小行星周围的不透明环会额外遮挡星光,从远处看,两者合在一起就像一颗过大的行星。2018年曾有人提出这颗恒星拥有一颗带环的巨行星,但那只是一个草图,没有拟合任何环的参数。
两位天文学家重新分析了每2分钟采样一次的TESS数据。一个裸球体也能拟合,但需要约1.74倍木星半径,而且在变暗最低点附近留下微弱的、有结构的偏差。随后,他们把自己的凌星计算程序JoJo扩展到带有扁平环、可从任意角度观看的行星。他们把行星大小固定为与其质量相应的预期值——1.1倍木星半径,并让环完全不透明。环的外缘必须位于洛希极限之内;在这个距离以内,行星的潮汐会阻止松散的物质聚集成卫星;在更远处,环无法长久存在。延伸超过约5倍行星半径的环被认为极不可能。
直立的环与侧躺的行星
最佳的带环解用一个宽而扁平的环换掉了行星大部分的表观尺寸:
- 外缘位于3.1到4.4倍行星半径处,几乎到达洛希极限;
- 几乎以侧面朝向我们,与正对我们的方向相差78–84°;
- 几乎垂直于行星穿越恒星的路径而立。
由于我们几乎是从侧面看到这条轨道的(行星会从其恒星前方经过),这样的环相对于轨道倾斜约80°。如果它像土星环那样环绕行星赤道,这颗超级木星就是侧躺着自转的,就像天王星。如果它真实存在,如此靠近的碎屑环很可能由破碎的彗星或小卫星补给——也许正是被认为造成这颗恒星过去那些变暗的同一批天体。
最佳带环行星进入、穿越和离开恒星的过程(上),TESS观测到的变暗,以及红色的带环模型和蓝色的裸球模型(中),还有球体模型无法解释的部分(下)。——图2,Zhu & Liu(2026),arXiv:2610.34806。
几乎平局,由物理学来裁决
在统计上,这场较量难分高下。环将一项标准的失配分数(χ²)改善了约14,但它多用了两个可调参数。一旦采用惩罚额外参数的判据(BIC),它的优势就缩小到0.4到1.3分:几乎打平。
环的取向在很大程度上取决于凌星中点之后约0.25天出现的轻微回亮:一个大幅倾斜的环会因提前开始离开恒星而产生这种回亮。但行星从恒星上的一个暗斑前方经过时,也可能造成同样的凸起:当它遮住一块暗区时,挡住的光就更少。作者承认,如果不考虑这一凸起,偏好就会反转。
站得住脚的是一个简单的论证。要遮挡观测到的那么多光,环至少要延伸到1.6倍行星半径——这个最小值假设环恰好正对我们并与行星相接。如果像土星环那样倾斜,它至少需要约2.4倍——已经接近洛希极限;视环中颗粒相对于行星的密度而定,洛希极限位于约2.5到5倍行星半径之间。无论如何,如果用一个环来解释这个半径,它必定是一个宽环。
两种图景差异最大的时刻,是行星进入和离开恒星圆面之时,差别为恒星光的万分之几,现有的空间望远镜可以测到。目前,一切都只依赖于一次凌星,而作者自己也称这些数据的质量相对较差。
