近期，北京大学科维理天文与天体物理研究所的东苏勃研究员和南京大学天文与空间学院的谢基伟副教授领导的科研团队利用LAMOST）数据，发现了一类新的太阳系外行星族群—热海星（Hoptunes）。相关研究论文于2018年1月9日在《美国科学院院刊》（PNAS）发表, 并被选为当期杂志封面的研究亮点文章之一。
自从1995年第一颗系外行星飞马座51 b发现以来，对太阳系外行星的探索一直是国际上一个重要的热点前沿方向。飞马座51 b的发现是天文学史上的一个里程碑，开辟了人类视野，揭示了一类非常特殊的系外行星族群的存在。 这类行星被称作热木星，它们大小与太阳系中的木星相当，但表面温度很高。之后二十多年来，人们发现了上百个热木星并对它们进行了大量的研究，但是其形成和起源却仍然是一个谜。热木星是一类稀有的、来自“富裕”家庭的“独生子女”。这些是热木星的标志性特征，蕴含着其形成和起源的重要线索。
图1：热海星想象图。该图示意了新发现的“热海星”族群中的一员 （右下方），以及第一个发现的系外行星族群“热木星”的一员（左下方）与背景里开普勒卫星发现的多姿多样的行星系统。 （北京天文馆马劲编绘合成）
在过去几年，开普勒（Kepler）卫星通过凌星法寻找系外行星取得了巨大的成功，探测到了几千颗系外行星，为解决热木星起源之谜带来了契机。 研究这个问题的关键一步是确定这些行星系统的基本性质，而这些属性的测定则需要对恒星进行光谱观测。由于开普勒卫星搜寻的目标多达二十万颗恒星，需要光谱获取率极高的观测，绝大多数望远镜难以胜任。
LAMOST作为世界上光谱获取能力最高的望远镜，在系外行星科学的研究中独树一帜。近几年来，LAMOST在开普勒天区观测了数万颗恒星（其中包括上千颗行星的宿主恒星）的光谱。通过比较论证，研究团队发现LAMOST光谱对恒星基本属性的测量结果非常可靠，达到相当高的精度。高精度的LAMOST恒星数据可以带来对包括行星半径等关键属性的高精度测量，使得对成百上千的系外行星进行准确分类和系统研究成为可能。
图2 热海星的发现。不同金属丰度（[Fe/H]）下的行星轨道周期（Period）和行星半径(RP)的分布。从下至上，金属丰度增加。蓝色的点表示单凌星系统（系统中只发现这颗行星），红色的是多凌星系统。热木星的区域是在绿色横线的上端。粉色线段围成的就是热海星区域。
LAMOST观测提供精确的宿主恒星半径和金属丰度。恒星半径进而用于确定行星的半径（开普勒卫星测光观测只能给出行星和恒星的半径比）。
利用LAMOST的精确恒星参数，研究团队研究了不同金属丰度情况下行星的轨道周期和行星半径的分布（图2）。发现在金属丰度低的情况下（[Fe/H]<-0.1），几乎所有的行星都分布在半径－周期图中的右下区域。随着金属丰度的增加，其他区域逐渐出现行星；在这些新出现的行星中就有热木星（如图3中绿线以上区域，即行星半径大于10倍地球半径）。除此之外，他们还惊奇地发现随着金属丰度的升高，在图3粉色框中也出现了些其他行星。这些行星几乎和热木星“相伴”出现，而且与热木星一样也大多为“孤独”的单凌星系统。研究团队称这类新的行星族为热海星（Hoptune）。热海星的平均大小与海王星类似，约4倍地球半径，但其大小的分布却比较广泛，小至2倍地球半径，大到6倍地球半径。
通过分析LAMOST数据，研究团队终于给热木星找到了和它们一样“富贵”和“孤独”的表弟表妹——热海星。与热木星类似，也只有大约1%的恒星附近存在热海星。将来通过对含热海星的恒星系统进行高精度视向速度观测，我们可以测量热海星的质量，从而进一步研究它们的结构和组成 。
二十年来，人们对热木星的形成和演化机制提出了多种理论，热海星的发现为揭开热木星和其他短周期行星起源这个重大谜题提供了关键的新线索和崭新的研究方向。