近期，南京大学博士生安东升和谢基伟教授等人组成的系外行星团队基于LAMOST光谱数据和欧空局Gaia的天体测量数据，开展了名为“行星轨道偏心率趋势”的系列研究（Planetary Orbit Eccentricity Trends），简称为POET，中文称为“诗人”。该系列研究中的首篇成果揭示了小质量行星偏心率与宿主恒星金属丰度之间的关系，分析发现小质量行星的偏心率随金属丰度的上升而成指数增大。这为进一步认识行星的形成与演化等问题具有重要的科学意义。

表征行星轨道偏离圆形程度的偏心率（e），是研究行星系统动力学的一个基本参量，对揭示行星的形成和演化具有重要意义。例如，基于太阳系行星的扁平和近圆轨道（平均偏心率～0.06），康德和拉普拉斯提出了太阳系形成的星云假说，奠定了现代行星形成演化的理论基础。1995年后，随着越来越多的太阳系外行星的发现，研究人员开始探索系外行星的轨道偏心率的分布以及它们与宿主恒星性质的关系，进而有助于我们理解行星以及太阳系的形成与演化。

系外行星的发现数目在过去20多年显著增长。目前证认的系外行星已经超过5200颗，图1展示了系外行星数目随年份的变化。其中采用凌星法（Transits）搜寻系外行星的开普勒（Kepler）空间望远镜贡献了很大一部分，提供了一个匀质的系外行星大样本。然而大部分凌星行星并没有偏心率的测量。Ford 等人（Ford et al. 2008）提出基于行星凌星的时长，可以从统计上测量一个样本的行星偏心率分布，不过这一方法需要对宿主恒星的密度有精确测量。

图1：系外行星累计数目随年份的变化，不同颜色代表了不同的探测方法。（图源NASA）。

郭守敬望远镜（LAMOST）拥有数千根光纤，能同时对数千颗恒星进行光谱观测。与欧空局Gaia的天体测量数据结合，这些观测资料能对行星的宿主恒星进行精确刻画，这为天文学家研究不同性质的恒星对应行星轨道偏心率的分布提供了机遇。为此，南京大学的系外行星团队开展了名为“行星轨道偏心率趋势”的系列研究（Planetary Orbit Eccentricity Trends，简称为POET），这个被称为“诗人”的系列研究取得了重要的初步进展。

宿主恒星的金属丰度在其行星的形成和演化中扮演着重要的角色。之前的研究发现轨道偏心率高的气巨行星更倾向于出现在金属丰度高的恒星周围，表明富金属环境能加强一些轨道动力学的激发过程（如巨行星间的散射）。不过对于小质量的行星，如目前发现最多的超级地球和亚海王星，它们的轨道偏心率和宿主恒星的金属丰度的关系尚不清楚。

图2 行星偏心率随恒星金属丰度的变化，松石绿虚线表示指数拟合的结果，相应的色带表示置信区间。

因此，在POET系列的第一篇工作中，研究团队基于LAMOST所提供的精确恒星金属丰度（[Fe/H]），通过凌星时长的方法研究了小质量行星偏心率与恒星金属丰度的关系。结果表明小质量行星的偏心率随金属丰度的上升而成指数增大（见图2）。此外，研究团队复现了之前发现的单行星系统偏心率高于多行星系统这一偏心率两极化现象（Xie et al. 2016），并进一步发现偏心率两极化的程度随着金属丰度的增大而增大（见图3）。这些结果一方面支持了行星形成的核吸积模型，另一方面也意味着小质量行星可能经历了内部（如行星之间的散射和碰撞）或者外部（外部巨行星的引力摄动）激发过程，并且这些激发过程也与富金属环境密切相关，为行星形成和演化提供了新的见解。

图3 行星偏心率随恒星金属丰度的变化，其中松石绿误差棒表示单行星系统，黄色误差棒表示多行星系统。

该成果发表在美国《天文学杂志》(An et al.2023, AJ,165,125)。南京大学天文与空间科学学院博士研究生安东升为论文第一作者，谢基伟教授为通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金支持。论文链接：点击这里

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