近日，中国科学院紫金山天文台科研人员创建了双星摄动效应下S型行星动力学质量目录，系统研究了双星伴星引力摄动对行星质量测定的影响，发现对亚木星质量估计的修正可能改变部分行星在“亚木星沙漠”中的分布位置，为认识该区域的行星分布特征提供了新的动力学依据。相关成果已于2026年9月18日发表于The Astrophysical Journal Supplement Series。

S型行星（S-type planets，也称circumstellar planets）是围绕双星系统中一颗恒星公转的行星。随着TESS、Gaia等空间探测任务的发展，目前已发现的S型行星样本已超过700颗。准确测定这些行星的质量，是深入研究其密度、内部组成及形成演化历史的重要基础。然而，双星系统中的另一颗恒星会持续对S型行星产生引力摄动，进而改变该行星引起的恒星视向速度信号，从而可能影响行星质量的测定。传统的单星开普勒模型通常不显式考虑这种伴星摄动，并将行星轨道参数近似视为不随时间变化。因此，准确识别需要在行星质量测定中考虑伴星摄动效应的S型行星系统，是实现高精度行星质量测量需要解决的重要问题。

科研人员选取了29个双星间距小于100 AU的S型单行星系统，以及11个双星间距小于500 AU的凌星S型行星系统作为研究样本。研究采用高斯先验，将马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）采样与REBOUND N体动力学积分相结合，建立了40个系统的动力学质量目录，并将其与传统开普勒模型得到的最小质量进行比较。对于凌星S型行星，结合凌星观测获得的轨道倾角，还可进一步约束行星的真实质量。

研究表明，伴星摄动会改变视向速度半宽振幅和轨道偏心率的拟合结果，进而影响对行星质量的估计。图1(a)显示，在行星质量小于1倍木星质量的范围内，质量分布的平滑峰值由传统开普勒模型下的约0.15倍木星质量下移至约0.12倍木星质量，相对下降约20%；在1至5倍木星质量范围内，峰值则由约1.94倍木星质量下降至约1.80倍木星质量，相对下降约7.2%。进一步研究表明，轨道周期约为10天的短周期亚木星质量行星对动力学效应更为敏感，考虑伴星引力摄动对其质量测定尤为重要。

行星质量估计的修正也可能影响我们对行星分布特征的认识。以两颗短周期亚木星TOI-3984 Ab和HATS-37 Ab为例，在图1(b)所示的质量—公转周期图中，两颗行星修正后的质量位置分别向“亚木星沙漠” （即短周期轨道上中等质量行星相对稀少的区域）的上、下边界移动。研究结果表明，在统计和研究该区域的行星分布特征时，有必要考虑双星伴星引力摄动以及动力学建模方法对行星质量估计的影响。对于半径已知的凌星行星，质量估计的改变也需相应修正其密度与内部结构。

研究人员还利用基本频率数值分析（NAFF）方法，对TOI-4633系统中两颗行星的轨道参数进行了稳定性筛选。通过计算行星轨道平均运动频率漂移，对MCMC采样得到的大量后验参数样本进行动力学稳定性检验。结果发现，当两颗行星轨道的相互倾角小于70°时，其后验参数分布符合NAFF稳定性判据（见图2），为刻画该系统的轨道构型提供了重要的动力学依据。

现有系外行星轨道与质量的拟合结果仍受到观测精度、样本规模以及伴星轨道参数假设等因素的限制。本研究建立的动力学质量目录可帮助识别对N体动力学模型更为敏感的行星系统，从而为后续高精度观测和动力学建模提供目标优先级参考。未来，结合更长时间基线的视向速度观测、Gaia天体测量及凌星观测，有望进一步检验行星质量估计中的系统性偏差，完善双星环境中的行星动力学质量目录，从而为研究行星形成与演化及其内部结构提供更可靠的质量和密度约束。

该论文的第一作者为紫金山天文台博士后黄秀敏博士，通讯作者为季江徽研究员。该项研究得到国家自然科学基金重点项目和江苏省卓越博士后计划等资助。

文章链接： https://doi.org/10.3847/1538-4365/aea08b

图1 开普勒模型与N体动力学模型下S型行星质量分布的对比。左图为行星质量分布及其平滑峰值，右图为行星质量与轨道周期的分布关系，阴影区域表示亚木星沙漠。

图2 NAFF稳定性分析前后MCMC拟合结果的差异。