从开普勒卫星和第二代微引力透镜巡天的完备样本研究太阳系外行星的分布

Extrasolar Planet Research has transited from discovering and exploring one or a few planets to systematically analyzing a large sample of planets and study the statistics. This project contains investigation on two frontier complete samples of planets, including the extrasolar planets accumulated from 4 years of NASA Kepler's mission and the ongoing second generation microlensing planet survey. First, we will use the LAMOST spectra of tens of thousands Kepler target stars to get the parameters of planet host stars and the "background" stellar parameter distributions. The goal is to get the distribution of planets within 1 AU and down to 1 Earth radius and planet frequency as a function of host star stellar types and metallicity. Second, we plan to use adaptive optics imaging from the Magellan telescope to characterize the masses and distances of microlensing planet host stars. This is to obtain the distribution of long-period planets near the "snow line" and study the correlation between planet frequency and host star mass and stellar population (bulge vs. disk). These results will potentially lead to planet distributions under different stellar environments and help to advance our understanding of planet formation and evolution.

太阳系外行星的研究已经从发现 探测单个或几个行星发展到对大样本行星数据进行系统地分析以发现其统计规律。本项目将研究两个处于领域前沿的完备系外行星样本, 即美国宇航局开普勒卫星通过4年观测积累的行星数据和正在进行的第二代微引力透镜行星巡天的行星发现。第一, 我们将用郭守敬望远镜(LAMOST)正在获取的开普勒数万目标星的光谱恒星参数来得到其行星宿主恒星物理参数和“背景”恒星参数的分布。这将使我们得到1AU以内小至地球半径的行星的统计分布规律和行星频度与宿主恒星光谱型和金属丰度的相关性。第二, 利用Magellan望远镜自适应光学成像获得微引力透镜行星宿主恒星的质量和距离, 以得到“雪线”附近长周期行星的分布规律以及其与宿主恒星质量和恒星族群(银盘和核球)的相关性。这些结果会让我们得到系外行星在不同恒星环境下的分布规律,促进我们对行星形成和演化的物理过程的研究。

大量系外行星的发现给理解行星的形成和演化带了前所未有的挑战和机遇。本项目研究两种不同探测方法发现的系外行星及其宿主恒星，拓宽在不同性质的和形成环境中行星分布的规律。第一、我们利用郭守敬望远镜(LAMOST)海量恒星光谱参数系统刻画了开普勒卫星掩星法发现的短周期、小半径行星系统，研究了其分布规律：我们发现了一个新的系外行星族群“热海星”，其与热木星有包括偏好富金属丰度宿主恒星等类似的关键观测特征；我们还进行了行星轨道形状的统计，发现系外多行星系统的偏心率和倾角分布与太阳系内各类天体满足共同的线性规律。这些发现为研究短周期行星的形成和演化提供了新的观测线索。这两项成果分获2016年和2018年的年度“十大天文科技进展”，前者还入选“2018年中国科研代表性成果”。第二、我们利用新手段刻画微引力透镜方法发现的行星系统，研究行星在“雪线” 附近的分布规律以及其与宿主恒星性质的相关性：我们利用光干涉阵VLTI GRAVITY，在世界上首次成功分辨了微引力透镜事件的两个像，使得精确测量这颗20个地球质量行星的宿主恒星质量成为可能，这个突破开辟了一个直接束缚透镜天体质量的新方法；我们还使用了Magellan望远镜自适应光学成像仪器MagAO观测了第二代微引力透镜行星巡天的发现，系统获得了其宿主恒星的质量、距离等物理性质，分析了不同恒星质量及族群 (银盘和核球)中行星的分布规律。这些成果揭示了不同恒星环境下行星的分布规律, 促进了我们对行星形成和演化的物理过程的理解。