旨在繪製恆星地圖的蓋亞（Gaia）任務意外地成為了行星獵人。利用精確的天體測量法，它探測到了暗示行星伴星的恆星擺動。 後續研究證實了兩顆：一顆巨型系外行星和一顆褐矮星。 這些發現對目前的行星形成理論提出了挑戰，並展示了不同觀測技術結合的威力。

藝術家的插圖。 蓋亞用天體測量法探測到了這顆候選系外行星，命名為蓋亞-4b。 現在，後續的光譜分析證實了它的存在。 它的質量大約是木星的12倍，圍繞著被稱為蓋亞-4的恆星運行，距離約244光年。 圖片來源：ESA/Gaia/DPAC/M. 馬庫森

歐洲太空總署的”蓋亞”（Gaia）任務以超乎尋常的精度繪製了恆星的位置和運動圖，對大約10億顆恆星進行了多次觀測。 這項工作繪製了一幅巨大的銀河三維地圖，它將推動未來數年的天文發現。 蓋亞的工作是基於天體測量學，即對天體位置和運動的精確測量。

雖然蓋亞的設計目的是研究恆星，但它也探測到了潛在的系外行星。 現在，利用徑向速度技術進行的後續觀測確認了其中一顆行星。 這項發現尤其引人關注，因為這顆行星是系外行星科學中的一個異類–它的特徵挑戰了現有的行星形成模型。

它探測到的行星質量很大，圍繞著低質量恆星運行。 這些行星對恆星產生微小的引力牽引，導致恆星輕微擺動–蓋亞可以測量到這種運動。 然而，要確認這些探測結果，還需要進行更多的觀測。

天文學家利用基特峰國家天文台（KPNO）WIYN 3.5 公尺望遠鏡上的NEID 攝譜儀確認了一顆系外行星和一顆褐矮星的存在，這是歐空局的蓋亞（Gaia）太空船首次探測到的。 資料來源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. Matsopoulos

為了驗證蓋亞的發現，研究人員使用了美國國家科學基金會基特峰國家天文台WIYN 3.5 公尺望遠鏡上的NEID 攝譜儀。 透過分析這些恆星擺動引起的徑向速度偏移，他們確認了一顆大質量系外行星和一顆褐矮星的存在。 他們的研究結果發表在《天文學報》上，在題為”蓋亞-4b和5b”的研究中作了詳細介紹： 蓋亞天體測量軌道解決方案的徑向速度確認揭示了一顆大質量行星和一顆褐矮星圍繞低質量恆星運行”。這項研究由阿姆斯特丹大學安東-潘內科克蘭文學研究所的古德蒙特

蓋亞-4b圍繞著蓋亞-4號恆星運行，蓋亞-4號恆星距離地球約244光年。 它的質量大約是木星的12 倍，軌道周期為570 天。 它是一顆相對寒冷的氣體巨行星。 這張藝術家印象圖展示了蓋亞天體測量數據確定的部分軌道運動。 恆星和行星未按比例繪製。 來源：ESA/Gaia/DPAC/M. 馬庫森

最新發布的蓋亞數據包含了蓋亞天體測量興趣點（Gaia-ASOIs）清單。 這些恆星似乎受到系外行星的影響而移動。

主要作者斯特凡松說：” 然而，這些恆星的運動並不一定是由於行星的影響。相反，’恆星’可能是一對太靠近的恆星，蓋亞無法將它們識別為獨立的天體。看似行星造成的微小位置偏移，實際上可能是兩顆恆星的較大位置偏移幾乎完全抵消的結果。”

後續的光譜分析可以做到蓋亞做不到的事情，確定這些天體是雙星還是恆星及其軌道上的行星。 研究人員使用NEID 攝譜儀和另外兩台攝譜儀–宜居帶行星探測器和FIES攝譜儀進行了追蹤觀測。 在徑向速度方面，攝譜儀測量的是恆星的藍移和紅移光線，因為附近的行星會拉扯恆星並使其擺動。 要做到這一點需要極高的精確度，而這三​​種攝譜儀都能做到。

研究人員研究了蓋亞探測到候選系外行星的28個獨立恆星系統。結果顯示，其中21 個系統沒有亞恆星伴星。 相反，這21 個系統是雙星系統。 另外五個還沒有定論，需要更多的觀測和數據才能證實或反駁。

不過，21顆中有兩顆得到了證實：一顆是系外行星，現在被命名為蓋亞-4b；一顆是褐矮星，被命名為蓋亞-5b。

蓋亞-4b：系外行星中的巨無霸

蓋亞-4b是一顆大質量的系外行星，大約11.8木星質量。 它圍繞著一顆質量為0.644個太陽質量的恆星運行了571天。 它是蓋亞發現的第一顆經確認的系外行星。 它也是迄今為止探測到的圍繞低質量恆星運行的質量最大的行星之一，反映了蓋亞方法固有的觀測偏差。

國家科學基金會NOIRLab實驗室的科學家、該論文的共同作者Jayadev Rajagopal說：”對於NEID和蓋亞來說，這是一個令人興奮的時刻。蓋亞已經完全兌現了它的承諾，即通過高精度的天體測量來探測恆星的行星伴星，而近地行星探測器則證明了它的長期徑向速度精確度，大約有一年的行星和行星，則證明了地球的長期直徑精確度，大約將出現在這些恆星周圍的行星蓋，大約褐矮星將需要透過近地天體探測器的數據來確認或否定。

蓋亞-5b是一顆褐矮星，圍繞蓋亞-5恆星運行，距離地球約134光年。 蓋亞-5b的質量約21顆木星，質量比行星大，但重量太輕，無法維持核聚化為恆星。 這張藝術家印象圖展示了蓋亞天體測量數據確定的部分軌道運動。 恆星和行星未按比例繪製。 來源：ESA/Gaia/DPAC/M. 馬庫森

蓋亞-5b： 褐矮星發現

蓋亞-5b是一顆褐矮星，是介於行星質量和恆星質量之間的天體。 蓋亞-5b的質量約為21顆木星，圍繞著一顆質量約為0.34個太陽質量的恆星運行著高度偏心的358天軌道。

這項研究強調了蓋亞的天體測量能力在探測系外行星和褐矮星方面是多麼有效。 它也體現了不同的觀測技術–天體測量學和徑向速度光譜學-​​-如何協同工作以獲得更可靠的結果。 與轉移法等方法相比，綜合方法可以發現更廣泛的亞星伴星質量和軌道特徵。

歐空局的安娜-赫拉斯（Ana Heras）說：”如果我們想了解行星是如何形成的，就必須了解整個行星系統是如何構成的。目前，我們對大多數行星系統的了解都是片面的，因為每種探測技術對於一定範圍內的行星大小和軌道周期都是有效的。

蓋亞系外行星發現的未來

“蓋亞-4b是系外行星發現中的一個異類。在如此低質量的恆星周圍發現如此大質量的行星，對我們的行星形成理論是一個巨大的考驗。”作者在論文中寫道：”就恆星宿主星的質量而言，大質量行星的出現已知會隨著質量的降低而減少。”這與較小的恆星往往具有質量較小的恆星質量。 如果蓋亞和NEID攝譜儀以及其他設備能夠發現並確認更多這些大質量行星，或許研究人員就能在了解它們是如何形成的方面取得進展。 “

天文學家們期望在蓋亞的數據中發現更多的大質量系外行星和褐矮星，並用像近地天體探測器這樣的光譜儀確認其中的一些。 由於蓋亞的觀測方法，數據中可能會有更多的”異常值”。 我們需要這些異常值來幫助我們了解行星的形成和太陽系的結構。

作者總結說：”這些探測結果代表了蓋亞近期有望發現的行星和褐矮星的冰山一角，有助於我們深入了解處於中間軌道周期的眾多大質量行星的質量和軌道結構。”

改編自最初發表在Universe Today上的一篇文章。