近日,科研人員基于我國郭守敬望遠鏡(LAMOST)巡天數(shù)據(jù),同時結合Gaia和TESS等國際觀測數(shù)據(jù),系統(tǒng)構建了TESS大樣本恒星及行星的運動學星表。這份詳盡的“戶口本” 不僅對544顆系外行星宿主恒星在內的約 66 萬顆 TESS 恒星進行了銀河系運動學性質的刻畫,還發(fā)布了包含近8千顆雙星的軌道與運動學信息。該項成果以“PAST. VIII: Kinematic Characterization and Identification of Radial Velocity Variables for the LAMOST-Gaia-TESS Stars”為標題于2025年11月14日發(fā)表于國際知名期刊《天體物理學增刊》。
本研究的第一作者為南京大學博士一年級研究生武迪,通訊作者為中山大學陳迪昌副教授與南京大學謝基偉教授。合作者還包括南京大學的周濟林教授、意大利帕多瓦大學的王海峰博士、北京師范大學的宗偉凱副教授、北京大學的東蘇勃教授與中國科學院國家天文臺的向茂盛研究員和羅阿理研究員。
為什么我們需要這份“戶籍檔案”?
自 1995 年人類首次發(fā)現(xiàn)圍繞類太陽恒星運行的系外行星以來,系外行星的發(fā)現(xiàn)就進入快車道。短短三十年,人類已確認的行星數(shù)量已激增至6000余顆,其分布范圍也從太陽附近逐步擴展至整個銀河系更廣闊的區(qū)域。這些行星系統(tǒng)的結構和特征及其與宿主恒星性質、年齡和所屬銀河系環(huán)境的關系是理解行星形成與演化的關鍵。
TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite,凌星系外行星巡天衛(wèi)星)作為Kepler系外行星空間探測任務的繼任者,通過“凌星法”對全天區(qū)進行掃描,專注搜尋近鄰亮星周圍的行星,迄今已發(fā)現(xiàn)超過7000顆候選體。其近距離樣本的優(yōu)勢,為識別銀河系子結構(如星流、星協(xié)等)提供了獨特機遇,同時TESS 的全天巡天能力使得對銀河系不同區(qū)域、不同恒星族群中行星系統(tǒng)的普查成為可能。然而,TESS恒星的運動學屬性迄今仍缺乏系統(tǒng)性的刻畫。構建一個高精度、勻質的大樣本運動學星表,是開展銀河系大背景下行星普查研究的基礎。
三大巡天聯(lián)手,構建運動學與化學性質星表
研究團隊通過結合 Gaia DR3 的高精度天體測量數(shù)據(jù)與 LAMOST DR10 的勻質大樣本光譜參數(shù),利用團隊系列研究中修正的運動學方法(見文后參考文獻),計算得到約66萬顆TESS恒星(包括544顆行星宿主星)的運動學信息,包括了每顆恒星在銀河系的三維位置、速度、軌道角動量、作用量等參數(shù),并將其劃分為薄盤、厚盤、暈以及12個鄰近星流(如Arcturus、Hercules等)等不同銀河系組分 。同時也歸納了它們的物理學參數(shù)(如有效溫度、金屬豐度等),構建了目前對TESS恒星的最完備的勻質運動學星表,為在銀河系背景下開展系外行星研究提供新的數(shù)據(jù)基礎。
對星表性質的初步分析表明,不同族群的恒星展現(xiàn)出截然不同的運動學和化學特性(圖1):薄盤恒星年輕、金屬豐度高、運動溫和;厚盤恒星年老、金屬豐度低、運動劇烈;暈族恒星則最為年老,運動速度最高。

圖1:不同銀河系組分的恒星的Toomre圖,上圖包含了薄盤、厚盤和銀暈,下圖包含了12種星流。
熱行星更“偏愛”年輕薄盤,厚盤中難覓熱木星蹤跡
研究團隊分析了樣本中的544顆行星宿主恒星,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)(84.7%)的TESS行星宿主都屬于年輕的銀河系薄盤(圖2)。同時,軌道周期小于10天的“熱行星”(以熱木星為主)尤其偏愛薄盤恒星。相比之下,在更為年老、運動更劇烈的厚盤恒星周圍,樣本中未探測到任何熱木星。這也印證了此前的研究結論:熱木星明顯更“青睞”年輕的恒星。相比之下,厚盤恒星通常年齡更大、金屬豐度更低,其環(huán)境本身就不利于熱木星的形成,導致熱木星在其中的數(shù)量遠少于場星。即便有少量熱木星得以形成,在漫長的演化過程中,它們也終將因潮汐作用被宿主恒星吞噬。

圖2:TESS行星候選體的周期-半徑分布。不同顏色代表其宿主恒星所屬的銀河系成分(藍:薄盤;紅:厚盤;黃:星流)。
捕捉速度的變化:發(fā)現(xiàn)變星及雙星
借助LAMOST中分辨率巡天的時域數(shù)據(jù),團隊通過系統(tǒng)分析恒星的視向速度變化,在TESS恒星樣本中識別出41445顆視向速度表現(xiàn)出顯著變化的變星,其中包括7846顆雙星候選體,并進一步擬合得到了雙星候選體的軌道周期、偏心率、質量函數(shù)等關鍵軌道參數(shù)。
過去,雙星的運動學刻畫一直是個難題,因為伴星的引力干擾使得恒星的“真實”視向速度難以測量。而本研究成功獲取了這批雙星的系統(tǒng)速度,進而對其進行了運動學刻畫,發(fā)布了同時包含軌道參數(shù)和運動學性質的大樣本雙星星表。
雙星的軌道特性為恒星演化提供了觀測證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn),雙星的軌道偏心率與周期存在顯著正相關:周期短的系統(tǒng)軌道更接近圓形(圖3),清晰體現(xiàn)了“潮汐圓化”效應,為后續(xù)研究雙星潮汐演化奠定了數(shù)據(jù)基礎。此外,該搜尋和刻畫雙星的方法未來也可以用于包括LAMOST、SDSS等大規(guī)模巡天最新的海量時序數(shù)據(jù),為研究雙星及其周圍的行星系統(tǒng)構建更為牢靠的數(shù)據(jù)基礎。

圖3:軌道擬合較好的雙星樣本的偏心率-周期分布(左)和質量比-周期分布(右)。
構建行星系統(tǒng)演化全景圖:“穿越”計劃持續(xù)探索
該成果是“行星的空間分布和年齡演化”(Planets Across Space and Time,英文簡稱為PAST,中文簡稱“穿越”)系列研究成果論文的第8篇(PAST-8),為后續(xù)進一步對行星系統(tǒng)以及雙星系統(tǒng)的統(tǒng)計研究提供了又一個重要數(shù)據(jù)庫?!按┰健庇媱澲荚诮⑿行窍到y(tǒng)的“時空演化圖譜”?,揭示驅動各種行星族群形成和演化的內在機制,以及其與銀河系形成演化的深層關聯(lián)。該計劃依托LAMOST大樣本巡天優(yōu)勢,以Kepler望遠鏡數(shù)據(jù)為基礎構建了包含數(shù)千顆系外行星的時空數(shù)據(jù)庫(PAST-1: Chen et al. 2021 ApJ;PAST-2: Chen et al. 2021 AJ),并在此基礎上開展了各種族群行星系統(tǒng)的普查和統(tǒng)計研究?(PAST-3: Chen et al. 2022 AJ;PAST-4: Yang et al. 2023AJ),?并在揭示熱木星和極短周期行星的演化規(guī)律方面已取得了重要研究成果(PAST-5: Chen et al. 2023 PNAS;PAST-6: Tu et al. 2025 Nature Astronomy;PAST-7: Chen et al. 2025 Nature Astronomy)。此次PAST-8發(fā)布的LAMOST–Gaia–TESS星表,不僅為后續(xù)統(tǒng)計研究提供了新TESS天區(qū)的數(shù)據(jù)庫,也為檢驗和推廣之前基于Kepler天區(qū)數(shù)據(jù)得到的結果提供了機會。
該項研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金以及LAMOST重大成果培育項目的支持。
----------------------------------------
成果論文鏈接:
"PAST-8":Wu D.;Chen,D.-C.;?Xie,J.-W.;et al.?Planets Across Space and Time (PAST). VIII. Kinematic Characterization and Identification of Radial Velocity Variables for the LAMOST–Gaia–TESS Stars. ApJS.?281,36 (2025).?https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ae0d85
更多 “穿越”系列研究成果:
1."PAST-1":Chen,D.-C.;?Xie,J.-W.;Zhou,J.-L.;?et al.?Planets Across Space and Time (PAST). I. Characterizing the memberships of Galactic components and stellar ages: revisiting the kinematic methods and applying to planet host stars.?ApJ.?909,115 (2021).?https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abd5be
2."PAST-2":Chen,D.-C.;Yang,J.-Y.;?Xie,J.-W.;et al.?Planets Across Space and Time (PAST). II. Catalog and analyses of the LAMOST-Gaia-Kepler stellar kinematic properties.?AJ.?162,100 (2021).?https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac0f08
3."PAST-3":Chen,D.-C.;?Xie,J.-W.;Zhou,J.-L.;?et al.,?Planets Across Space and Time (PAST). III. Morphology of the planetary radius valley as a function of stellar age and metallicity in the Galactic context revealed by the LAMOST-Gaia-Kepler sample.?AJ.?163,249 (2022).?https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac641f
4."PAST-4":Yang,J.-Y.;Chen,D.-C.;?Xie,J.-W.;et al.,?Planets Across Space and Time (PAST). IV. The occurrence and architecture of Kepler planetary systems as a function of kinematic age revealed by the LAMOST-Gaia-Kepler sample.?AJ.?166,243 (2023).?https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ad0368
5."PAST-5":Chen,D.-C.;?Xie,J.-W.;Zhou,J.-L.;?et al.?The evolution of hot Jupiters revealed by the age distribution of their host stars.?PNAS.?120,e2304179120 (2023).?https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304179120
6."PAST-6":Tu,P.-W.;?Xie,J.-W.;?Chen,D.-C.;?et al.,?Age dependence of the occurrence and architecture of ultra-short-period planet systems.?Nature Astronomy?(2025).?https://www.nature.com/articles/s41550-025-02539-1
7."PAST-7":Chen,D.-C.;?Xie,J.-W.;Zhou,J.-L.;?et al.?The origin and tidal evolution of hot Jupiters constrained by a broken age–frequency relation.?Nature Astronomy?(2025).?https://www.nature.com/articles/s41550-025-02693-6