天文学家正在研究一类被称为“偏心暖木星”的奇特系外行星——这些巨大的气态巨行星沿着意料之外的扁长轨道绕其恒星运行。与其近轨道运行的“热木星”近亲不同，这些行星似乎遵循着某种神秘规则，尽管轨迹怪异，却仍与其恒星保持整齐的对齐。理论表明，伴行星、周围的星云，甚至恒星波，都可能以前所未见的方式塑造着这些奇特的轨道。
对于北亚利桑那大学天文与行星科学系的一位天文学家来说，答案很简单：开始构建更好的模型。
在美国国家科学基金会的资助下，并与印第安纳大学伯明顿分校的合作研究员合作，他正在领导一项为期三年的研究，旨在探索偏心暖木星的起源——即太阳系外沿着异常拉伸轨道运行的气态巨行星。
到2028年研究结束时，团队旨在对这些不寻常行星的形成方式建立更深入的理论理解，并探究同样的力量是否也塑造了我们的太阳系。
“系外行星的变异性极其巨大，”Muñoz说道。“系外系统看起来可能像我们的太阳系，但在某些情况下，它们看起来截然不同且充满异域色彩。我们非常有兴趣通过理解那些看起来像我们太阳系的系统和那些看起来完全不同的系统，来探究太阳系形成的背景。我们可以了解极端情况是什么，我们的行星形成历史有多典型，以及我们的太阳系有多典型。”
在这些极端的行星系统中，偏心暖木星作为其中最迷人的类型之一脱颖而出。
多年来，科学家们认为暖木星的形成方式与其更著名的近亲热木星相同，后者具有相似的大小和质量，但轨道距离恒星要近得多。然而，随着望远镜的改进和更精确数据的获得，天文学家们意识到暖木星的起源可能要复杂得多。
热木星几乎可以以任何倾角绕恒星运行，而暖木星则不同，它们几乎总是与恒星的赤道对齐。观测还显示，暖木星的轨道越拉长，其排列往往就越精确——这是一种令人惊讶的模式，目前的行星形成理论都无法解释。
为了探索这一谜团，研究人员正在利用美国国家航空航天局（NASA）凌日系外行星勘测卫星（TESS）的数据，编制一份不断扩充的偏心暖木星新目录。这些发现将作为更新模型和全新模型的基础，最终可能揭示这些奇异世界是如何形成的。
“数据告诉我们，暖木星不仅仅是热木星的末端，”Muñoz说。“它告诉我们它们可能有着不同的历史。我们需要弄清楚这是否只是一个怪癖——即这些是否是每百万个案例中才发生一次的病态案例——还是存在我们在过去忽略而现在可能揭开的额外物理过程。”
了解偏心暖木星形成过程中起作用的机制，可以帮助天文学家揭示关于太阳系演化以及无数类似系统形成的隐藏真相。但在深入探讨其意义之前，Muñoz必须审视多个假设，直到找到一个既实用又合理的假设。
一种可能性是，这些偏心暖木星拥有伴行星，伴行星以某种方式改变了它们的轨道，但并未使其相对于恒星赤道发生错位。从建模的角度来看，同时具有变化的偏心率和变化的倾角是很好理解的，但只具备其中一种特征而不具备另一种则不那么容易解释。
另一种可能性涉及行星及其恒星形成的气体星云。Muñoz推断，在发育过程中，这些行星可能以天文学家从未预料到的方式与其周围环境发生了相互作用。此类发现可能会永久改变天文学家绘制行星形成图景的方式。
最后一种——也是Muñoz最喜欢的——观点是这些系统中的恒星是成因。因为恒星是流体天体，它们会产生内波，这些内波有时会发生破碎，并以奇特的方式从行星轨道中提取能量。他说，从数学上讲，这些波也有可能是暖木星与其宿主恒星赤道如此紧密对齐的原因。
至于哪个理论是正确的，目前还是个谜，但Muñoz将致力于利用各种建模技术来解开这个谜团。
“我是个理论家，所以我使用高性能计算机、纸笔计算以及介于两者之间的任何方法来研究模型，”Muñoz说。“我们一开始并没有预测到这一点的模型，所以我们要大胆尝试，深入探索我们能想到的最有创意的方法来思考这个问题。但一旦你有了数学模型，那仅仅是开始。”
明年，Muñoz将聘请一名擅长创造性解谜的研究生，在整个建模研究过程中协助他。同时，他表示关于宿主恒星假设的研究一直很有前景，他希望在不久的将来发表他的发现。