8月24日，云南大学物理与天文学院钱声帮团队在《Nature Communications》正式发表题为“B-type host stars revealed by exoplanets around massive secondary-clump giant stars”的学术论文。研究团队对美国宇航局凌日系外行星巡天卫星（TESS）的高精度测光数据进行星震学分析，发现HD 2952等四颗已知行星的宿主星均为正在进行核心氦燃烧的大质量红团簇巨星，并利用恒星演化理论模型回溯它们的出生身份，揭示了这些恒星在主序阶段均属于B型大质量恒星。该研究从“退休恒星”追寻失落的行星世界，为长期缺失的B型恒星常规轨道行星系统的存在提供了直接证据。

绕质量大、温度高的B型恒星转动的系外行星发现是理解行星如何在极端辐射环境中形成和演化的重要样本。如图1（左）所示，恒星质量决定原行星盘的物质储量、寿命和温度结构，因此，研究B型恒星周围的行星有助于检验行星形成理论能否跨越不同的宿主星质量范围，也能帮助认识大质量恒星演化时，其行星是否能够在恒星膨胀和强烈辐射中长期存活。然而，由于B型主序星自转快，光谱吸收线宽而浅，传统视向速度法很难从中提取行星引起的微弱周期信号；直接成像又更容易发现远离宿主星的年轻大质量行星。因此，过去发现的B型恒星的系外行星在中等轨道范围内长期存在明显空白。观测上的“没有发现”，并不等于这类行星系统不存在。

图1.左：炽热的B型恒星及其形成早期周围存在的原行星盘。右：从B型主序星到红团簇巨星的演化示意图。

为绕开这一观测难题，研究团队没有继续只盯着年轻、炽热的B型主序星，而是寻找它们演化后期的“退休形态”。如图1（右）所示，B型恒星耗尽核心氢之后会离开主序，外层逐渐膨胀，表面温度降低，成为次巨星或红巨星；当核心开始稳定燃烧氦时，其中质量较高的一类恒星会聚集在赫罗图上的特定区域，被称为红团簇巨星。此时恒星光谱线更适合精密视向速度测量，原本被强光、快速自转和复杂脉动遮蔽的行星信号更容易显现。然而，观测上要确认红团簇巨星并不容易。红团簇巨星与红巨星外观相似，仅凭表面温度、亮度和半径，往往难以判断它正处于氢壳层燃烧阶段，还是已经点燃核心氦燃烧。两种恒星的内部结构和演化历史截然不同，如果演化阶段判断错误，对恒星初始质量、年龄以及行星轨道历史的推断也会随之偏离。

团体利用星震学解决了这一难难题，应用了类似“给恒星做超声检查”的方法，把恒星的微光变成内部“CT”。恒星内部的声波和重力波会激发微弱而有规律的整体振动，使恒星亮度产生细小变化。如图2（左）所示，TESS连续记录这些亮度变化后，研究人员可在功率谱中识别振动频率，并利用不同振动模式穿透恒星内部的深度差异，判断核心结构和燃烧状态。星震学不仅测量恒星表面“长什么样”，而且能直接读取其内部“正在发生什么”。研究团队重点测量了两个星震参数：相邻径向振动模式之间的平均大频率间隔Δν，以及偶极混合模式的周期间隔ΔΠ1。Δν主要反映恒星整体平均密度，而ΔΠ1则对核心结构尤其敏感。处于红巨星分支和核心氦燃烧阶段的恒星，在ΔΠ1-Δν图上会落入不同区域。如图2（右）所示，4颗目标星均清晰落在第二团簇星区域，从而排除了仅凭表面性质可能产生的演化阶段混淆。

图2.左：星震学从恒星亮度的细微变化出发，将光变曲线转换为功率谱，并利用不同振动模式推断恒星的密度、质量和核心结构。右：四颗研究的宿主星（正三角形）在ΔΠ₁—Δν星震诊断图上均落入红团簇巨星区域。

在准确确定演化阶段后，研究团队将星震测量与恒星演化理论模型相结合，重建了4颗恒星从零龄主序至今的演化进程，确定了质量、温度和半径随时间变化。结果表明，它们年轻时的有效温度均超过约10000开尔文，属于B型恒星，其行星则位于此前观测最为缺失的常规轨道范围，拓展了系外行星及其宿主恒星的参数空间（如图3左图所示）。进一步的轨道演化计算显示，这些行星能够在宿主星从主序阶段膨胀为巨星的过程中避免被吞噬，并存活至第二团簇阶段。如图3（右）所示，它们见证了所相伴的大质量宿主星从主序星到红团簇巨星的演化进程。这项研究把系外行星探测、恒星演化和星震学连接起来，为寻找大质量恒星周围的行星系统提供了新的路径。研究结果表明，B型恒星常规轨道上的行星系统可能并非稀少，而是长期隐藏在传统观测方法的盲区中。通过研究演化后的宿主星，可以回溯大质量恒星年轻时的行星系统，并进一步检验行星形成效率、轨道演化和长期存活机制随宿主星质量变化的规律等。

图3.左：系外行星的宿主星有效温度—行星轨道周期分布图。蓝色虚线标示B型恒星的温度边界，蓝色菱形符号表示本研究中4颗回溯到零龄主序阶段后的宿主星，填补了系外行星及其宿主恒星的参数空白。右：这4颗系外行星见证了它们的宿主恒星从B型主序星演化到红团簇巨星。

云南大学物理与天文学院博士后林文徐为论文唯一第一作者，钱声帮研究员为唯一通讯作者。云南大学和中国科学院云南天文台等单位的研究人员共同参与了本项研究。研究工作获得国家自然科学基金、云南省基础研究计划、中国科学院“西部之光”、云南省兴滇英才支持计划和中国载人航天工程空间巡天望远镜项目等的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-75608-2

来源：物理与天文学院

编辑：张懿淼 责任编辑：李哲