天文學家已確認在一個緊密的聯星系統中，存在一顆罕見的逆行軌道行星。
宇宙中的大多數恆星，都屬於聯星或多星系統。在這些系統中，伴星的存在會使得行星的形成與維持穩定軌道變得困難，特別是繞行其中某一顆恆星的情況。由香港大學地球科學系及物理系的李文海教授領導，與碩士生鄭浩雲合作的國際天體物理學研究團隊，近日確認了一項極為罕見的發現。研究團隊在南極座ν（nu Octantis）聯星系統中發現了一顆行星，其運行方向與其雙星系統的公轉方向相反，此種運行方式稱為「逆行軌道」（retrograde orbit）。該研究也揭示了聯星系統演化如何影響這顆行星的形成與演化。這項成果已發表於《自然》（Nature）期刊。
南極座ν聯星系統由兩顆緊密繞行的恆星組成。主星ν Oct A為次巨星，質量約為太陽的1.6倍；伴星ν Oct B則約為太陽質量的一半，兩顆恆星彼此繞行一圈的週期為1050天。早在2004年，來自紐西蘭的拉姆博士（現為該研究共同作者）在其博士研究期間就首次發現該系統可能存在一顆行星。他在分析逕向速度資料時，偵測到一種異常變化。這項訊號與一顆質量約為木星兩倍、繞行主星ν Oct A、週期約400天的類木行星一致。不過，這顆行星的存在長期備受爭議，因為依據其預測軌道寬度，若非採用逆行運動，將難以在聯星引力擾動下維持穩定。由於當時並無類似逆行行星的觀測先例，且理論模型也不支持此類行星的形成，導致其真實性備受質疑。
南極座ν聯星系統的藝術家想像圖。Credit: The University of Hong Kong
逆境中確認行星存在
為了釐清這項爭議，研究團隊使用歐洲南方天文台（ESO）La Silla天文台的HARPS高精度逕向速度光譜儀獲得了最新的觀測數據，這些數據證實了該行星的存在。研究團隊分析了橫跨18年的新舊逕向速度資料，發現若要得到穩定的擬合結果，該行星的軌道必須為逆行，且幾乎與聯星軌道共平面。
另一個研究重點是釐清伴星ν Oct B的性質。依其質量判斷，ν Oct B可能是一顆低質量主序星，或是一顆白矮星。為確認ν Oct B的類型，研究團隊利用ESO甚大望遠鏡（VLT）上的SPHERE自適應光學成像儀對該系統進行觀測。由於觀測中並未偵測到ν Oct B的可見訊號，推斷其應為一顆極為黯淡的白矮星。這顯示此聯星系統自形成以來已有劇烈變化，ν Oct B已失去大部分質量，進入恆星演化的最終階段。
↑↑↑↑↑動畫展示南極座ν聯星系統(nu Octantis) 中的行星 (ν Oct Ab) 和白矮星伴星 (ν Oct B) 圍繞主星 (ν Oct A) 運行的軌跡。時間長度為5.75年或雙星的兩個軌道週期。行星以和伴星相反的方向運行，其軌道因受到伴星的引力作用而顯著偏離克卜勒橢圓軌道。Credit: Ho Wan CHENG
追溯系統歷史
研究團隊更進一步回溯該聯星的初始狀態，即兩顆恆星最初的質量與軌道參數。他們發現該系統約有29億年歷史，ν Oct B最初的質量約為太陽的2.4倍，並於約20億年前演化成為白矮星，分析顯示，這顆行星不可能在兩顆恆星誕生時就同時形成於ν Oct A周圍。
當ν Oct B於約20億年前演化為白矮星時，它拋出的物質可能在ν Oct A周圍形成一個逆行的吸積盤，行星可在其中形成；或者，這顆行星原本繞行聯星系統，後被捕獲至逆行軌道上。研究團隊表示，這或許正見證第一個可信的「第二代行星」案例。隨著天文學家持續尋找不同環境中的系外行星，本研究顯示，位於緊密聯星系統且含演化恆星的行星，可能提供關於行星形成與演化的獨特線索。
資料來源：SciTechDaily
原始論文：“A retrograde planet in a tight binary star system with a white dwarf” by Ho Wan Cheng, Trifon Trifonov, Man Hoi Lee, Faustine Cantalloube, Sabine Reffert, David Ramm and Andreas Quirrenbach, 21 May 2025, Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09006-x
本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。
