K2-360 是一個新發現的行星系統，其中有一顆超緻密行星，很可能是以前更大世界的核心，由其伴星的動態相互作用形成。一個由日本和歐洲組成的國際研究小組發現了一個圍繞類太陽恆星運行的全新多行星系統。新發現的行星中，有一顆週期極短的行星，其密度是有史以來最高的之一。這項發表在《科學報告》上的發現，為瞭解行星在極端條件下的形成和演化提供了寶貴的見解。
藝術家對K2-360系統的構想，圖中展現了密度極高的超級地球K2-360 b（紅色）在其近乎接近太陽的軌道上繞行，背景中則是更遙遠的伴星K2-360 c（藍色）。K2-360 b僅需21小時就能完成一次公轉，其極高的溫度可能導致其表面熔融或部分熔融。圖片來源：天體生物學中心
通過將相同的建模技術應用於未來的系外行星發現，這些發現可以作為研究其他行星系統演化的框架。
這個新發現的系統名為K2-360，距離地球約750光年。它由兩顆行星組成，圍繞一顆與太陽相似的恆星運行：
K2-360 b：一顆週期極短的“超級地球”——一顆比地球大但比海王星小的岩石行星——其體積約為地球的1.6倍，繞其恆星運行一周的週期為21小時。它的品質是地球的7.7倍，是迄今為止發現的同類型行星中密度最大、特徵最清晰的行星。
K2-360 c：一顆較大的外行星，品質至少是地球的15倍，繞行週期為9.8天。這顆行星不會淩日其恆星，因此其確切大小尚不清楚。
失去地幔的超級地球
K2-360 b 的極端密度表明它可能是曾經更大的行星的剝離核心，由於附近主恆星的強烈輻射而失去了外層。
黑色恆星代表恆星的位置。彩色線條代表兩顆行星的軌道。黃色代表外行星，其軌道傾角較大。紅色代表內行星。隨著時間的推移，由於外行星的影響，行星軌道變得越來越長，然後突然向內遷移，形成一個圍繞恆星的更小的軌道。圖片來源：Alessandro Alberto Trani
都靈大學的合著者達維德·甘多爾菲解釋道：“這顆行星讓我們得以一窺一些近地世界的可能命運，這些世界經過數十億年的進化後，只剩下致密的岩石核心。”
“我們的動力學模型表明，K2-360 c 可能通過一種稱為高偏心率遷移的過程將內行星推入其當前的緊密軌道，”尼爾斯玻爾研究所博士後、論文合著者亞歷山德羅·阿爾貝托·特拉尼 (Alessandro Alberto Trani) 說。
這涉及到引力相互作用，首先使內行星的軌道變得非常橢圓，然後潮汐力逐漸使其靠近恆星，形成圓形軌道。或者，潮汐圓化可能是由行星的自轉軸傾斜引起的。
行星系統歷史的書寫始於預測，止於現在
亞歷山德羅·特拉尼參與創建了有助於解釋行星系統演化的動力學模型：“當我們的目標是了解系統的起源時，我們必須評估它的初始配置，然後看看哪些設置自然地演變成我們現在觀察到的樣子。
由於並非所有初始條件都能重現當前的系統，我們在廣泛的參數空間中運行了多次類比。我們對關鍵演化機制（在本例中為潮汐遷移）的了解決定了我們選擇探索哪些初始條件。
最後，我們將模擬結果（例如，每顆行星的軌道參數、品質及其隨時間的變化）與徑向速度法和凌日法觀測數據進行比較。如果類比系統與實際測量結果相符且保持穩定，則將增強我們的理解，即這些初始條件和物理過程能夠準確描述真實的行星系統。
通過這種方式，我們不僅可以對無法測量的參數進行限制，還可以構建一個完整的敘述：不僅僅是行星“現在”是什麼樣子，還有它們隨著時間的推移如何到達那裡。
行星系統可以被視為一個工具箱
這個行星系統之所以成為一個特殊的實驗室，有幾個原因。首先，我們可以通過凌日觀測來觀察K2-360b。凌日觀測是指行星經過恆星前方時進行測量，以確定其大小和軌道週期。徑向速度數據（即行星與恆星之間的引力）可以用來確定其品質。
這些觀測結果使我們能夠計算出這顆行星的密度，進而計算出它的成分。事實證明，K2-360b 是一顆密度極高的超級地球，富含鐵元素，這表明它可能曾經擁有一層厚厚的氣態大氣層，後來被潮汐力和恆星輻射剝離。我們現在看到的可能是這顆行星裸露的核心。
其次，外行星 K2-360c 的存在，為同一系統內多種形成和演化路徑提供了關鍵線索。我們可以測試不同的遷移場景，看看它們是否與我們的觀測結果相符。如果沒有 K2-360c 存在的證據，我們只能猜測 K2-360b 最終為何如此接近其恆星，而它的遷移歷史在很大程度上仍將是一個謎。
開發新的、更詳細的建模工具是未來的發展方向
從理論建模的角度來看，我們的結果表明，我們需要更複雜的潮汐遷移模型。例如，將光蒸發（即強烈的星光如何剝離行星大氣）納入我們的類比中，將使我們能夠追蹤行星品質和半徑隨時間的變化。
通過將這些效應（潮汐+紫外線輻射）整合到一個框架中，我們可以更清晰、更精確地瞭解像K2-360b這樣的行星是如何演化的。將這些增強的模型應用於新的行星發現，或許可以揭示我們在這裡看到的現象是普遍存在的，還是宇宙中罕見的。
編譯自/ScitechDaily