近日，中国科学院紫金山天文台领衔的研究团队揭示了热木星周围的超短周期行星伴星的形成机制，并利用该模型研究了WASP-47系统中行星的形成演化历史，发现巨行星的扰动、轨道共振俘获与恒星潮汐效应的协同作用，是该特殊构型形成的关键驱动要素。该成果于2025年3月17日发表在《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）。

WASP-47系统是首个被发现同时拥有热木星（轨道周期小于10天的气态巨行星）、内侧超短周期行星（轨道周期小于1天的行星）以及外侧低质量行星的行星系统。传统的行星形成理论认为，热木星通常通过高偏心率迁移机制形成，这一剧烈过程会清除内侧物质，因此热木星在行星系统中通常是独立存在的。然而，WASP-47系统的紧凑多行星结构对这一形成理论提出了挑战。

基于WASP-47系统的构型特征，研究人员提出了一种全新的形成机制，系统中行星将经历如图1所示的三个动力学演化阶段：（1）平均运动共振捕获：行星在原行星盘中经历轨道迁移时被锁定在平运动共振中，WASP-47系统中三颗行星被俘获在4:2:1共振中；（2）行星偏心率的激发：平运动共振的俘获与外侧热木星的引力摄动同时激发内侧行星偏心率至约0.5；（3）恒星潮汐效应：由于行星迁移到距离中心天体小于10天的轨道周期处，恒星的潮汐作用非常重要，这将导致内侧行星的轨道被圆化同时驱动轨道的内迁，最终形成超短周期行星。

在形成过程中，热木星的引力摄动和共振俘获对偏心率的激发与恒星潮汐对偏心率的抑制之间的博弈导致最内侧行星的偏心率经历多次激发和被抑制的过程，最内侧行星的轨道则发生大幅度的内迁，从而形成了目前观测到的超短周期行星。基于该模型，研究人员通过数值模拟还原了WASP-47系统中行星的演化过程，获得的系统构型与观测结果之间的差异小于4%，如图2所示，并预测该类构型的形成概率约为8.4±2.4%。内侧行星能否形成超短周期行星取决于其潮汐耗散因子，该因子处于[1,10]范围内时，形成超短周期行星的概率更高，这说明该类超短周期行星与地球的结构和组成接近。

该项研究揭示了热木星周围超短周期行星的形成机制，表明部分热木星可通过更加平和的轨道迁移形成，与温木星的形成过程更相似，而非传统认为的剧烈过程。这为理解热木星与温木星的演化关联提供了关键线索，对类似于WASP-47系统的出现率进行了预测，为未来观测提供了理论依据。

该项研究第一作者为紫金山天文台王素项目研究员，合作者包括美国莱斯大学潘梦睿博士，中国科学院南京天文光学技术研究所赵刚副研究员，紫金山天文台季江徽研究员和董瑶高级工程师。该项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院B类先导专项等项目的资助。

文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adbae6

图1  WASP-47系统中行星的形成过程示意图

图2  WASP-47系统行星的演化过程