A Candidate Innermost Fifth Planet In the HR 8799 System Revealed By JWST NIRISS Aperture Masking Interferometry
利用一种克服了以往灵敏度限制的新型 JWST/NIRISS 孔径掩模干涉测量流水线，研究人员探测到了 HR 8799 系统中一个候选的第五颗行星，如果得到证实，这将使其成为首个被直接成像的五行星系统，并暗示其与已知行星 e 存在稳定的 3:1 平均运动共振。
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几十年来，天文学家一直痴迷于寻找像我们这样的其他世界，但最难发现的往往是那些距离其恒星最近的世界。这是因为恒星本身的光芒过于强烈，会掩盖掉附近任何行星的微弱光芒，就像试图在探照灯旁边观察一只萤火虫一样。为了解决这个问题，科学家们开发了屏蔽恒星光线的方法，或者利用光本身的波动特性来锐化视野，从而使他们能够窥探遥远太阳系中拥挤的内层区域。HR 8799 是这类研究中最具前景的系统之一，这是一颗位于约 130 光年外的年轻恒星。它已经因拥有四颗轨道远离其太阳的巨型气态行星而闻名遐迩，这种配置挑战了我们对行星系统如何形成和生存的理解。然而，多年来，天文学家一直怀疑第五颗较小的行星可能就隐藏在更靠近恒星的地方，躲在以往望远镜无法观测到的强光之中。
研究团队现在利用詹姆斯·韦伯太空望远镜，用一只强大的“新眼”转向了这个系统，并发现了那个失踪内层世界的强力候选者。通过使用该望远镜上一种名为近红外成像光谱仪（NIRSpec）的专用仪器，团队采用了被称为孔径掩模干涉术的技术。这种方法涉及在望远镜镜面上放置一个带有七个小孔的掩模，将入射光分成多束。当这些光束重新组合时，它们会产生一种干涉图样，从而揭示出远小于望远镜正常可见范围的细节。研究人员当时正在寻找一个距离恒星仅有极小角度的微弱伴星，这个距离之小，对应的物理间隔仅约为地球与太阳之间距离的七倍。
团队的搜索得益于他们开发的一个名为 Amigo 的新计算机程序，该程序充当了望远科整个光学系统的极其复杂的模拟器。此前对该仪器数据的分析受限于探测器中细微的电子故障，这些故障会扭曲精细的干涉图样，使得在明亮恒星附近观察微弱物体变得不可能。这种新软件可以模拟这些故障并对其进行修正，从而有效地清理图像，展现出此前被遮蔽的内容。当研究人员将这种新方法应用于数据时，他们在恒星北侧发现了一个清晰的信号。该信号出现在大约两万分之一的对比度水平上，这意味着该物体比恒星本身暗约 50,000 倍。该物体位于约 150 毫角秒的投影分离处，这相当于距离恒星约 7 个天文单位的物理距离。
研究人员将这一信号解释为一个候选行星，并将其命名为 HR 8799 f。根据其亮度及该系统的已知年龄，该物体的质量可能介于几倍到数倍木星质量之间。尽管该探测具有统计学上的显著性，明显高于仪器的噪声水平，但由于其依赖于单次观测，团队将其描述为初步性的。该物体的位置与通过其他太空任务测得的恒星运动轨迹一致，表明它确实是一个受引力束缚的伴星，而非背景恒星。此外，它的位置完美契合一个理论模型，即五颗行星将锁定在一种稳定的轨道舞动中，其中新行星与已知的四颗巨行星中的最内层行星处于特定的共振状态。这种共振将起到引力锚的作用，防止行星在数十亿年间发生碰撞或被踢出系统。
尽管令人兴奋，作者仍谨慎地指出，这尚未成为一个确定的发现。该信号恰好位于仪器可靠检测的阈值之上，且数据中还存在其他微弱的波动，可能导致误报，尽管团队的分析表明这些很可能是仪器的伪影而非真实物体。团队还将他们的发现与来自地面望远镜的先前搜索进行了对比，此前的观测未能发现这颗行星。他们认为，早期的仪器要么缺乏足够的灵敏度来观测如此靠近恒星的物体，要么是该行星的亮度在那些望远镜使用的波长下呈现出使其不可见的特征。为了将这一候选者转化为确定的发现，研究人员计划使用相同的仪器再次观测该系统，通过使用多种滤光片并轻微改变望远镜的瞄准方向，以将行星的光线从残留的仪器噪声中分离出来。如果得到证实，HR 8799 f 将成为第一个被直接成像的五行星系统，为观察年轻太阳系的复杂结构提供罕见视角，并为行星形成理论提供关键性的测试。
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