晚型G巨星周围太阳系外行星搜寻取得重要进展

中国科学院国家天文台赵刚研究员所领导的研究团组与日本国立天文台天文学家合作于2004年启动在晚型G巨星周围搜寻有行星系统恒星项目。双方天文学家利用探测主星视向速度变化的方法，在400颗中等质量的红巨星周围搜寻系外行星系统。通过利用国家天文台兴隆观测基地2.16米光学望远镜和冈山天体物理观测所1.88米光学望远镜联合观测发现了2颗褐矮星候选体（11 Com b，HD175679b）和2颗太阳系外行星候选体（HD173416b，HD14067b）。利用2.16米望远镜、冈山1.88米望远镜和澳大利亚3.6米望远镜联合发现了一颗双行星系统候选体（HD47366b, HD47366c）。

该研究课题共取得了以下重要成果：

1) 2008年在11 Com探测到褐矮星候选体。经分析确定该行星围绕一颗质量为19.4个太阳质量，以326天为周期绕转，距离主星的短半轴为1.29AU （1AU＝1.496×108公里）。是中日合作项目的第一颗褐矮星候选体，也是在中等质量巨星周围发现的第三颗褐矮星候选体。该发现对于理解行星演化理论、验证中等质量恒星的原恒星盘的稳定性时标非常重要。

图 1 11Com视向速度变化图。空心三角是兴隆2.16米望远镜观测数据，黑点是冈山1.88米观测数据

2) 2009年在中等质量的HD173416红巨星周围发现质量为2.7个木星质量（MJ）的太阳系外行星，这是中国天文学家利用我国2.16米望远镜折轴高分辨率光谱仪及日本冈山天文台1.88米望远镜共同发现的第一颗太阳系外行星。经分析确定该行星围绕一颗质量为2.0个太阳质量的HD173416以324天为周期绕转，距离主星的短半轴为1.16AU。截至到2008年，在这类中等质量的巨星周围只探测到二十几颗系外行星候选体。

图 2 HD1734516视向速度变化图。空心三角是兴隆2.16米望远镜观测数据，黑点是冈山1.88米观测数据

3) 2012年该研究团队发布了一颗新褐矮星候选体HD175679b，周期为1367天，偏心率e=0.378，视向速度半振幅为K=380 m/s，质量约为37倍木星质量，半轴为3.36AU。这颗褐矮星是中等质量巨星周围发现的质量最大的褐矮星，也是第一颗在2.5AU之外发现的巨星周围的褐矮星。

图 3 HD175679视向速度变化图。空心方框是兴隆2.16米望远镜旧CCD观测数据，空心三角是兴隆2.16米望远镜新CCD观测数据，黑点是冈山1.88米观测数据

4) 2014年该研究团队发布了一颗行星候选体HD14067b，根据视向速度曲线的Keplerian轨道分析有两种可能：一种是轨道没有线性趋势，行星质量候选体周期为2850天，偏心率e=0.697，视向速度半振幅为K=100 m/s，偏心率在同类行星里是比较高的，质量为9倍木星质量，是一颗超级木星。另外一种是轨道有一个线性递减的趋势，这种情况下行星质量候选体周期为1455天，偏心率e=0.533，质量为7.8倍木星质量。

图 4 HD14067视向速度变化图及两种拟合轨道。绿色为兴隆2.16米望远镜观测数据，蓝色为Subaru八米望远镜观测数据，红色为冈山1.88米望远镜观测数据

5) 2016年该研究团队发布一颗双行星系统HD47366，其周围存在两颗巨行星，最小质量分别为1.75倍木星质量和1.86倍木星质量，轨道周期分别为 363.3 天和 684.7 天，轨道偏心率分别为0.089和0.278。这两颗巨行星的轨道周期之比接近于1:2平均轨道共振，是在巨星周围发现的很少见的双巨行星系统。进一步的分析表明，只有当两颗行星的轨道倾角的夹角大于160度时，这样的轨道才是稳定的，因此这是一对公转方向相反的巨行星。这是第一个在巨星周围发现的反向公转的行星。这个发现是用兴隆2.16米望远镜、日本冈山1.88米望远镜和澳大利亚3.9米望远镜共同发现的。

图 5 HD47366视向速度变化图。棕色是2.16米望远镜旧光谱仪观测数据，玫红是2.16米望远镜旧光谱仪更新CCD后观测数据，青色是2.16米望远镜光纤摄谱仪观测数据，红色和蓝色是冈山1.88米望远镜观测数据，绿色是澳大利亚AAT 3.6米望远镜观测数据

该项研究的两项成果分别入选“十大天文科技进展”：“中日天文学家联合在后发星座11号红巨星旁发现褐矮星”入选中国2007年度“十大天文科技进展”；“国家天文台发现太阳系外行星”入选中国2008年度“十大天文科技进展”。HD173416b太阳系外行星的发现标志着中国已经具备了独立利用视向速度方法发现系外行星的观测能力。

相关论文列表：

[1] A Substellar Companion totheIntermediate-mass Giant 11 Come. Y.-J. Liu,  Bun’ei Sato, G. Zhao, Kunio Noguchi, H. Wang, Eiji Kambe, Hiroyasu Ando,Hideyuki Izumiura, Y.-Q. Chen, Norio Okada, Eri Toyota, Masashi Omiya,Seiji Masuda, Yoichi Takeda, Daisuke Murata, Yoichi Itoh,Michitoshi Yoshida, Eiichiro Kokubo, and Shigeru Ida, The Astrophysical Journal, 2008, 672, 553.

[2] A planetary companion orbiting the intermediate-mass G Giant HD173416. Yu-Juan Liu, Bun’ei Sato, Gang Zhao and Hiroyasu Ando, Research in Astronomy and Astrophysics, 2009, 9, 1.

[3] A possible substellar companion to the intermediate-mass giants HD175679. Liang Wang, Bun’ei Sato, Gang Zhao, Yu-juan Liu, Kunio Noguchi, Hiroyasu Ando, Hideyuki Izumiura, Eiji Kambe, Masashi Omiya, Hiroki Harakawa, Fan Liu, Xiao-Shu Wu, Yoichi Takeda, Michitoshi Yoshida and Eiichiro Kobubo, Research in Astronomy and Astrophysics, 2012, 12, 84.

[4] A long-period eccentric substellar companion to the evolved intermediate-mass star HD14067. Liang Wang, Bun’ei Sato, Masashi Omiya, Hiroki Harakawa, Yujuan Liu, Nan Song, Wei He, Xiaoshu Wu, Hideyuki Izumiura, Eiji Kambe, Yoichi Takeda, Michitoshi Yoshida, and Yoichi Itoh, Pulication of the Astronoical Society of Japan, 2014, 66, 118.

[5] A pair of giant planets around the evolved intermediate-mass star HD47466: Multiple circular orbits or a mutually retrograde configuration.  Bun’ei Sato, Liang Wang, Yu-juan Liu, Gang Zhao, Masashi Omiya, Hiroki Harakawa, Makiko Nagasawa, Robert A. Wittenmyer, Paul Butler, Nan Song, Wei He, Fei Zhao, Eiji Kambe, Kunio Noguchi, Hiroyasu Ando, Hideyuki Izumiura, Norio Okada, Michitoshi Yoshida, Yoichi Takeda, Yoichi Itoh, Eiichiro Kokubo, and Shigeru Ida, The Astrophysical Journal, 2016, 819, 59.