TRAPPIST-1 是一顆超冷矮星，距離 38.8 光年，位於水瓶座，擁有七顆行星。隨著與恆星距離的增加，相鄰對的週期比接近 8:5、5:3、3:2、3:2、4:3 和 3:2。這種緊湊、共振的配置是磁碟驅動遷移的明顯標誌。然而，這種演化的首選結果是建立一級共振，而不是在內部系統中觀察到的高階共振。加州理工學院天文學家 Gabriele Pichierri 及其同事以一個很大程度上獨立於特定盤遷移和軌道環化效率的模型解釋了 TRAPPIST-1 系統的軌道配置。連同遷移一起，該團隊模型的兩個關鍵要素是原行星盤的內邊界隨著時間的推移而後退，以及 TRAPPIST-1 系統最初分為兩個子系統。

這位藝術家的印象展示了 TRAPPIST-1 及其行星在表面的反射。圖片來源：NASA / R. Hurt / T. Pyle。

「當我們只能分析我們自己的太陽系時，人們只能假設行星是在我們今天發現它們的地方形成的，」皮基耶里博士說。

「然而，當我們在 1995 年發現第一顆系外行星時，我們不得不重新考慮這個假設。”

“我們正在開發更好的模型來了解行星如何形成以及它們如何達到我們發現的方向。”

大多數系外行星是由新形成的恆星周圍的氣體和塵埃盤形成的，然後預計會向內遷移接近該盤的內邊界。

這組裝的行星系統比我們太陽系的情況更接近主恆星。

在沒有其他因素的情況下，行星往往會根據其質量以及行星與其主恆星之間的引力以特徵距離彼此間隔開。

「這是標準的遷移過程，」Pichieri 博士說。

「行星的位置在其軌道周期之間形成共振。如果你將一顆行星的軌道周期除以鄰近行星的軌道周期，你就會得到一個簡單整數的比率，例如 3:2。

因此，舉例來說，如果一顆行星需要兩天的時間繞著恆星運行，那麼距離更遠的下一顆行星將需要三天的時間。

如果第二顆行星和更遠的第三顆行星也處於 3:2 共振，那麼第三顆行星的軌道周期將為 4.5 天。

「可以說，外行星的行為正常，具有更簡單的預期共振，」皮基耶里博士說。

「但內在的共鳴有點激烈。例如，b行星和c行星的軌道比是8:5，c和d軌道比是5:3。

“TRAPPIST-1 組裝結果的這種微小差異令人費解，但這提供了一個絕佳的機會，可以詳細了解組裝過程中還有哪些其他過程在起作用。”

「此外，大多數行星系統被認為是從這些共振狀態開始的，但在我們今天觀察它們之前，它們的壽命已經遇到了顯著的不穩定性。”

「大多數行星都會變得不穩定或相互碰撞，一切都會被打亂。例如，我們自己的太陽係就受到了這種不穩定的影響。

“但我們知道有一些系統保持穩定，或多或少是原始樣本。”

「實際上，它們展示了它們整個動態歷史的記錄，然後我們可以嘗試重建它。 TRAPPIST-1 就是其中之一。

當時的挑戰是開發一個模型來解釋 TRAPPIST-1 行星的軌道以及它們如何達到目前的配置。

由此產生的模型表明，內部四顆行星最初是在預期的 3:2 共振鏈中單獨演化的。

只有當圓盤的內部邊界向外擴展時，它們的軌道才從更緊​​密的 3:2 鏈放鬆到我們今天觀察到的配置。

第四顆行星最初位於圓盤的內邊界，隨著它一起向外移動，後來當另外三顆外行星加入行星系統時，它被推回了內部。

「透過觀察 TRAPPIST-1，我們已經能夠測試關於行星系統演化的令人興奮的新假設，」皮基耶里博士說。

「TRAPPIST-1 非常有趣，因為它非常複雜；這是一條很長的行星鏈。它是測試有關行星系統形成的替代理論的一個很好的範例。

研究結果發表在期刊上 自然天文學。

_____

G·皮基耶里 等人。 TRAPPIST-1系統在盤內緣衰退過程中分兩步驟形成。 納特·阿斯特朗，2024 年 8 月 20 日線上發布；編號：10.1038/s41550-024-02342-4