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研究人员发现早型M型恒星是寻找系外行星的绝佳目标
时间 : 2023-12-11     

近期,国家天文台李广伟副研究员、国家天文台和北京师范大学联合培养博士生哈斯铁尔·哈尔肯等人利用LAMOST光谱数据,同时结合Gaia、2MASS和WISE测光数据对M型年轻恒星进行了系统研究,发现早型M型恒星(质量大于0.35倍太阳质量)拥有行星的概率更大,而质量小于0.35倍太阳质量的M型恒星虽然拥有行星的概率较小,但也可以拥有类木星行星。该成果发表在国际知名学术期刊《天体物理学报》(ApJ)。  

已有的研究结果显示,M型矮星几乎占所有恒星总数的3/4,其中约1/7的M型矮星拥有宜居带行星,因此M型矮星应该拥有绝大多数宜居行星。但是在小质量M型矮星周围,目前只发现了数量极少的类木星行星,且当前的理论也无法给出解释。

  
  图 1 M型恒星的行星系统示意图(Danielle Futselaar/METI)  

M型恒星为何具有如此多的行星?小质量的M矮星周围为何不容易形成大质量的类木星行星?为了回答上面两个问题,李广伟等人利用LAMOST光谱数据,结合Gaia、2MASS和WISE测光数据对M型年轻恒星的星周盘进行了系统研究,他们发现这些M型年轻恒星的完整盘(含有丰富气体和尘埃的初期星周盘)具有如下两种演化模式(图2)。 

(1)对于质量小于0.35倍太阳质量的有星周盘的M型恒星,当其年龄小于100万年时,80%的恒星没有完整盘,说明它们的星周盘一开始就缺少气体和尘埃,因此形成行星的概率比较小;其余20%具有完整盘的M型恒星,其完整盘有的甚至可以存活到500万年,这样保证了充分的时间和物质形成类木星行星。 

(2)对于质量大于0.35倍太阳质量的M型恒星,它们出生时几乎都有完整盘,大多数年龄也能超过100万年,有的甚至能存活到2000万年。这就为行星的形成提供了充分的物质和时间保障,从而更容易形成行星。 


  
 图 2  M型年轻恒星的完整盘(full disk)和非完整盘(non-full disk)的演化图。图中横的粗线是100万年的等年龄线,竖的粗曲线是0.35倍太阳质量的等质量线。 

因此,研究团队认为:质量大于0.35倍太阳的M型恒星更容易拥有行星;质量小于0.35倍太阳的M型恒星也可以拥有类木星行星,但数量很少;由于缺少物质,小质量的恒星无法成长为质量更大的恒星。总之,研究团队认为质量大于0.35倍太阳质量的早型M型恒星是寻找系外行星的绝佳目标。 

文章链接: https://arxiv.org/abs/2311.05206