長期以來，天文學家探測到了數顆在星際空間中孤獨漂泊的神秘天體——流浪行星候選體，但其是否為真正的行星始終缺乏確鑿的科學證據。
由北京大學物理學院天文學系東蘇勃教授領銜的研究團隊，利用十年一遇的天地同步觀測契機，首次成功實現了對流浪行星候選體的直接質量測量，確證其為一顆質量與土星相當的行星。這項為“流浪”行星“驗明正身”的關鍵研究成果，北京時間2日凌晨發表于國際學術期刊《科學》。該刊一位審稿人評價道：“此項研究是理解行星形成與動力學演化的一個重要里程碑。”
東蘇勃告訴記者，流浪行星，是指那些不圍繞任何恒星運行、獨自漂泊于星際空間的神秘天體。當一顆流浪行星從背景恒星前方掠過時，其引力會如透鏡般彎曲星光，使恒星短暫增亮，稱微引力透鏡事件。近十年來，天文學家們通過地面巡天望遠鏡的觀測，已捕捉到約十例流浪行星候選體，但這些天體的核心身份——“質量”，始終無法被獨立且準確測定。“換言之，這些候選體究竟是不是行星？屬于哪一類行星？長期以來，天文學家們只能依賴統計模型進行粗略估算，始終缺少‘一錘定音’的直接觀測依據。”
轉機出現在2024年5月3日。當時，韓國KMTNet項目與波蘭OGLE項目的地面望遠鏡，共同捕捉到一個編號為“KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516”的候選體信號，增亮過程僅持續約兩天。東蘇勃團隊敏銳意識到，歐洲空間局的蓋亞（Gaia）衛星當時恰好在掃描同一天區。
“事實上，蓋亞衛星通常每月才回訪同一區域，極難捕捉到僅持續一兩天的短暫事件。然而，這次在事件發生的窗口內，蓋亞不僅正在觀測，更因其特殊的軌道方位，覆蓋了事件亮度峰值附近長達16小時的關鍵階段，獲得了多達6次測量。這樣的巧合，在蓋亞超過十年的服役期內僅此一次。”東蘇勃興奮地說。
研究團隊緊緊抓住了這次“十年一遇”的機遇，成功測量到了“微引力透鏡視差”效應。東蘇勃說：“這好比用間距極遠的‘雙眼’觀看同一個場景。人眼依靠幾厘米的瞳孔間距產生立體視覺，而蓋亞與地面望遠鏡構成的‘雙眼’基線長達150萬公里。具體而言，視差效應導致從蓋亞視角看到事件峰值的時間，較地面視角晚了約兩個小時。正是這一時間上的差異，使得團隊得以提取該候選體的距離信息，進而將它的質量和距離分別確定下來。”
最終分析表明，引發此次微引力透鏡事件的天體，質量約為木星質量的五分之一，即與土星相當。這一結果首次確鑿證實，該候選體是一顆行星，從而排除了其屬于質量更大的褐矮星或恒星的可能性。東蘇勃說：“我們的發現進一步表明，銀河系可能遍布著流浪行星，它們很可能是被原生行星系統‘拋射’出來而形成的。”
據介紹，這項成果不僅標志著流浪行星研究步入精確測量新階段，其發展的微引力透鏡視差測量方法，更為下一代空間巡天望遠鏡的大規模探測鋪平了道路。《科學》另一位審稿人指出，“這項成果非常令人振奮，凸顯了天地協同觀測的優勢和重要性，為即將發射的Roman空間望遠鏡等項目提供了重要參考。”
東蘇勃表示，美國NASA計劃于今年晚些時候發射的Roman望遠鏡，預計能系統發現數百顆流浪行星。我國自主研發的中國空間站巡天空間望遠鏡（CSST）預計于近期發射，其強大的光學巡天能力同樣適用于此類搜尋。
此外，我國計劃發射的“地球2.0”（ET）衛星，也將探測流浪行星列為其重要科學目標之一。這些設備將幫助天文學家以大樣本回答一系列根本問題：銀河系內究竟有多少流浪行星？哪種行星更易被驅逐……
“目前，我們對流浪行星這一新興行星族群的認識仍處于起步階段。”東蘇勃表示，“我期待CSST、ET和Roman等新一代空間巡天望遠鏡將流浪行星的探測推向新階段，讓我們能更加深入理解銀河系中的行星系統是如何形成與演化的。”
來源：光明日報全媒體記者晉浩天
責編：邢妍妍
編輯：吳亞琦 張雪瑜
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