在宜居帶發現的超級地球系外行星TOI-715b _超級地球

藝術家描繪的圍繞紅矮星運行的超級地球表面。圖像:ESO/M. Kornmesser
據《今日宇宙》（埃文·高夫）：天文學家發現一顆新的超級地球圍繞一顆M矮星（紅矮星）運行，距離大約137光年。這顆行星被命名為TOI-715b ，它大約是地球半徑的1.55倍，位于恒星的宜居帶內。該系統中還有另一個行星候選者。它的大小與地球相當，如果得到證實，它將是迄今為止TESS發現的最小宜居帶行星。
TOI-715是一顆普通的紅矮星。它的質量約為太陽的四分之一，半徑約為太陽的四分之一。TOI-715b離恒星很近，它的緊密軌道只需要19天就可以繞這顆矮星一周。由于紅矮星比太陽暗得多，這使超級地球處于恒星的保守宜居帶。
發表在《皇家天文學會月刊》上的新研究介紹了這一發現。它的標題是“一顆地球半徑為1.55的宜居帶行星，由黃道南極附近的M4星TOI-715承載。”主要作者是伯明翰大學物理和天文學院的喬治娜·德拉斯菲爾德。
宜居帶是識別可能有液態水的行星的一種相當粗糙的方法。由于恒星的光譜類型、行星的反照率、質量，甚至其大氣的多云程度都可以決定一顆行星是否有液態水，因此它的邊界不清楚，甚至相互矛盾。
保守的宜居區（CHZ）的想法更有幫助。它來自Kopparapu等人2014年的一篇論文。在恒星周圍的一個區域，一顆巖石行星接受的太陽輻射量是地球的0 。42至0 。842倍。無論距離遠近，任何接收到如此多能量的巖石行星都位于CHZ 。
在恒星的CHZ發現超級地球總是令人興奮的。它激發了我們對其他星球的好奇心，以及一些星球可能存在其他生命的可能性。出于這個原因，它們比像熱木星這樣的行星更有趣，因為熱木星不可能存在液態水或生命。即使是最頑強的極端微生物也無法在熾熱木星的惡劣環境中生存。
但這一發現也因其他幾個原因而令人興奮。
既然我們已經發現了數千顆系外行星，天文學家正在觀察這些行星的數量趨勢。他們注意到的一件事是小行星數量在1.5到2個地球半徑之間的差距。它被稱為小行星半徑間隙或亞海王星半徑間隙（也稱為富爾頓間隙和光電蒸發谷。）在1.55地球半徑處，TOI-715b在該間隙內。
在這個半徑間隙中不太可能形成行星。行星必須從更大的地方開始，然后失去質量，最終進入這個間隙。因此，富爾頓間隙告訴我們一些關于一些行星如何失去質量的事情。天文學家認為這個間隙中的行星開始時更大，但它們的恒星通過光蒸發作用剝離了一些質量，使它們收縮。這就是為什么它有時被稱為光電蒸發谷。山谷和光蒸發周圍有很多不確定性，天文學家希望研究山谷中的行星，看看他們能學到什么。

研究中的這張圖用藍色顯示了保守的宜居帶。y軸顯示了透射光譜度量，這是一種對行星大氣受JWST光譜測量影響程度的測量。x軸顯示恒星暴曬。TOI-715b以兩種形式出現:巖石世界和水世界。如果它是一個水世界，它更容易通過JWST進行有效的光譜分析。TOI-715的另一顆候選行星顯示為綠色。還展示了其他有趣的系外行星，包括黃色的TRAPPIST-1行星。學分:皇家天文學會每月通知（2023年）。DOI: 10.1093/mnras/stad1439
“半徑谷的重要性在于它有可能教會我們行星的形成和形成后的演化，因此，這個缺口內的行星對于加深我們對塑造它的因素的理解至關重要，“作者解釋道。
M矮星周圍是否存在這種半徑差距還不確定。有可能M矮星有密度間隙而不是半徑間隙。“然而，Luque & pallé（2022年）最近的一項研究表明，M矮行星可能有一個密度差距，而不是一個半徑差距來分隔兩個小行星種群（巖石世界和水世界），”作者寫道。
無論是半徑差距還是密度差距， TOI-715b都應該告訴我們一些關于系外行星、光蒸發和紅矮星周圍系外行星分布的性質的信息。但是要發現它告訴我們什么還需要進一步的詳細觀察。這是這顆超級地球如此引人入勝的第二個原因。
自從我們開始尋找系外行星以來，科學家們一直期待著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡投入使用的那一天。“JWST時代終于到來了，隨之而來的是詳細描述系外行星大氣特征的時代， ”作者在論文中寫道。JWST有能力觀測系外行星大氣的光譜并確定其成分。但是，即使JWST非常強大，一些目標也比其他目標為透射光譜學提供了更好的機會。
TOI-715b是主要目標，因為它離恒星很近。由于TOI-715是一顆小型紅矮星，這顆行星每19天繞其運行一周，這顆系外行星在其恒星面前的過境更深更頻繁。這意味著JWST不需要太多時間來觀察行星的大氣層，這使得它可以有效地利用太空望遠鏡的時間。
作者解釋說:“在通過透射光譜進行大氣表征的背景下，明亮的鄰近M矮星是理想的行星宿主，因為小型溫帶行星將頻繁過境，從而能夠以更少的望遠鏡時間對大氣特征進行高信噪比探測。”
這個超級地球可以居住嗎？沒有JWST光譜學，我們只能猜測。它處于保守的宜居區，但這并沒有讓我們走得很遠。盡管如此，還是有一些充滿希望的跡象。
TOI-715比我們的太陽老一點，大約66億歲。根據作者的說法，這顆恒星顯示出“低程度的磁活動” 。這可能就是為什么與年輕的M矮星相比，這顆恒星在TESS光變曲線中沒有出現閃光的原因。眾所周知，紅矮星表現出極其強大的耀斑，可以使行星絕育。它們還可以剝離大氣層，這可能是系外行星光蒸發谷的原因。
另一顆行星可能正在圍繞TOI-715運行。它目前只有一個名為TIC 271971130.02的候選行星，但如果得到確認，它將是TESS有史以來發現的最小宜居帶行星。但還需要后續的觀察來證實。
TOI-715系統是一個迫切需要進一步研究的目標。TOI-715b正在等待輪到它，但最終， JWST將檢查它的大氣層。如果這些結果支持宜居性，天文學家的興奮只會增加。與此同時，我們可能會了解更多關于半徑或密度差距的信息，這是更徹底了解系外行星的一個障礙。
再加上這顆恒星可能擁有另一顆宜居帶行星，這是TESS迄今發現的最小的一顆宜居帶行星，TOI-715系統變得更加重要。