近日，云南大学物理与天文学院钱声帮团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表题为“The Survival Paradox of Close-In Planets Orbiting Red Clump Giants”的研究论文，发现三颗本该被宿主恒星吞噬的系外行星，如今却仍然在恒星演化的“理论禁区”存活，揭示了与经典吞噬理论相矛盾的“幸存悖论”。几个样本的发现表明这一现象可能具有超越特殊个例的共同物理起源。

类似太阳的恒星在中心氢核燃料耗尽后，会演化膨胀为红巨星。附近行星可能被膨胀的外层覆盖直接被吞噬，也有可能因潮汐作用损失轨道能量，逐渐向宿主星坠落而被吞噬掉。经典单星演化理论因此预言，过于靠近宿主星的行星难以存续至其后的红团簇演化阶段。因此辨明宿主星是否经历过红巨星演化阶段的剧烈膨胀，是判断近距离行星是否构成幸存悖论的关键。

图1.行星幸存悖论的艺术示意图。橙色范围表示宿主星过去在红巨星分支顶端的表面位置，蓝线为行星现今轨道，外侧为示意性的存续区域。

红巨星与红团簇巨星的表面温度、亮度可能十分相似，仅凭外观难以判断其演化阶段。团队利用凌日系外行星巡天卫星TESS数据，对三颗系外行星的宿主星24 Boo、HD 12648和TYC 4282-605-1亮度中的微弱变化进行星震学分析，通过能够同时探测外层与核心的混合振动模式，确认三颗主星均已进入核心氦燃烧阶段。这一星震诊断表明，它们已经历红巨星时期的剧烈膨胀并收缩，而非仍在首次膨胀途中（图2左）。

行星存在的证据来自其对主星的引力牵动。主星周期性地靠近和远离观测者，在光谱中留下视向速度变化。这三个系统的行星此前已通过视向速度法确认，团队统一重新分析已有观测数据，得到与行星绕转相符的轨道解（图2右）。其中，24 Boo b约30天绕主星一周，轨道尺度仅约为日地距离的18%，是到目前为止发现的离红团簇巨星最近的系外行星。

图2.恒星演化身份与行星存在的观测证据。左侧为星震诊断图：左上图展示大频率间隔与偶极重力模周期间隔，左下图展示大频率间隔与耦合因子；三角形标出三颗主星，其位置与红团簇星一致，颜色对应恒星质量。右侧由上至下分别为24 Boo、HD 12648和TYC 4282-605-1的相位折叠视向速度曲线，散点为观测值，灰线表示轨道模型。

在星震与轨道观测约束下，团队利用恒星演化模型追溯三颗宿主星过去的演化膨胀范围，并与现今的行星轨道比较（图3）。研究发现它们的轨道尺度均位于恒星过去的膨胀范围内，均落入理论吞噬区域，揭示了这三颗系外行星均应该被它们的红巨星宿主星吞噬，难以幸存。

图3.三颗宿主星的理论演化轨迹。由左至右分别为24 Boo、HD 12648和TYC 4282-605-1。横轴为有效温度，纵轴为恒星半径，颜色表示模型演化阶段；横向虚线标示对应行星目前的轨道尺度，它们均位于恒星过去的演化膨胀的范围内。

本研究将近距离行星的幸存悖论从单一个例拓展至多个系统。一个幸存者可能源于罕见的双星相互作用或其他特殊历史；多个系统中出现同类矛盾，则提示需要寻找能够在不同系统中反复发生的演化通道，为检验经典模型可能遗漏的共同物理过程提供了新依据。宿主星过去的双星相互作用或合并、宿主星吞噬内层行星后产生的行星轨道重塑（如图4所示）等均是待检验的可能路径。太阳未来也将经历红巨星演化阶段，这些发现揭示了太阳系包括我们人类生存的地球的远期命运可能比经典理论预言的更加复杂。

图4.恒星吞噬内层行星及产生物质抛射盘的示意图。

云南大学物理与天文学院博士后林文徐为论文第一作者，钱声帮教授为独立通讯作者。云南大学和中国科学院云南天文台等单位的科研人员共同参与了本项研究。该研究得到国家自然科学基金、云南省科学基金等项目支持。

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/epub/10.1073/pnas.2603847123

来源：物理与天文学院

编辑：张懿淼 责任编辑：李哲