30年前，当天文学家发现第一批围绕其他恒星运行的行星时，他们也开始进行所谓的银河系行星普查，统计银河系中系外行星的数量和类型。虽然彻底调查我们银河系的数千亿颗恒星是不可能的，但其中有代表性的样本可以提供重要的信息。通过研究这样一个样本的行星种群，研究人员希望了解哪种类型的世界最常见或最罕见——以及我们自己的地球和太阳系如何与它们相比较。
但是有几种不同的方法来寻找行星，每种方法都适用于不同类型的世界，导致潜在的偏差结果。迄今为止，主要的技术是通过寻找行星对其恒星的微妙影响来推断行星的存在，而这些技术对离恒星非常近的巨大行星最为敏感。这样的行星的轨道“年”很小，只有几天或几周——太阳系中不存在这样的行星。相比之下，直接观测行星(被称为直接成像)需要将它们与恒星的强烈眩光区分开来，这对系统外围的巨行星来说是最容易做到的。如果这样的轨道围绕着我们的太阳，那么这些行星中的大多数都将远离冥王星。
幸运的是，新的方法和更广泛的数据集现在让科学家们弥合了这些极端之间的差距，结合多种行星狩猎技术的结果，以获得更好、更清晰的银河系真实行星种群的视图。发表在《科学》杂志上的一项新研究是这种协同方法的首批成功之一，不仅发现了一颗新发现的“中间道路”行星，而且为发现和调查许多其他行星提供了更广泛的策略。在这些有待发现的行星中，最大、最亮的行星也可能是未来直接成像工作的良好候选者，有可能让天文学家辨别它们的大气和气候。
“当我们把[运动和图像]结合在一起时，我们得到了行星的所有三个关键属性——它的轨道，它的质量和它的大气——所以我们了解了更多，”美国宇航局埃姆斯研究中心的行星猎人、该研究的主要作者塞恩·柯里说。
捕捉一颗星
Currie和他的同事们发现了他们的新行星，这是一个名为HIP 99770 b的巨大世界，他们将欧洲航天局的盖亚航天器在2021年收集的恒星运动数据与盖亚的前身欧洲航天局的Hipparcos卫星在20世纪90年代初采集的类似但不太精确的测量数据进行了比较。盖亚和希帕尔科斯都是为了绘制银河系的恒星(而不是行星)，使用一种叫做天体测量学的技术来精确跟踪恒星的位置、距离和运动。但天体测量学也可以揭示行星:围绕恒星运行的行星会导致恒星的位置发生周期性的轻微移动，在天空平面上来回摆动。通过确定这种变化的大小和复发，天文学家可以确定一颗看不见的行星的质量和轨道。
这颗行星的最初发现和它的摄影跟踪是由于盖亚-希帕尔科斯长达数十年的数据，这使得探测到HIP 99770 b的长轨道成为可能。这个合并后的目录本身已经酝酿了数年。在盖亚于2016年首次发布数据后，加州大学圣巴巴拉分校的天文学家、这项新研究的合著者蒂莫西·勃朗特(Timothy Brandt)发布了一份包含数万颗恒星的清单，与早先的希帕尔科斯观测结果进行了交叉检查，并在盖亚最近的数据发布后于2021年再次更新了它们。结果是，我们有了大约25年的时间来研究这些恒星是如何在天空中移动的。
几个团队已经开始挖掘新的恒星伙伴数据库，“每个团队都有自己选择目标时所需要的信息，”卡罗琳·莫雷说，她是德克萨斯大学奥斯汀分校研究系外行星大气的研究员，她没有参与这项新研究。
以HIP 99770 b为例，盖亚-希帕尔科斯的数据显示，它是一个围绕其恒星运行的气体巨星，其距离比天王星与太阳的距离略远——足够大、明亮、远离其恒星宿主，可以直接成像。在夏威夷莫纳克亚山的斯巴鲁望远镜上使用SCExAO直接成像仪进行的后续观测证实了这些怀疑，揭示了这颗行星是一个由水蒸气和一氧化碳分子组成的圆点。气候模型显示，这颗行星的温度在1300到1400开尔文之间(1880到2060华氏度之间)。虽然HIP 99770 b明显与地球不同，但总的来说，它的性质使它成为地球的近亲。
“这是第一个(从这个数据库中发现的)可以真正宣称，‘这可能是一个行星质量，’”贝丝·比勒说，她不是研究团队的成员。苏格兰爱丁堡大学的天文学家Biller继续指出，这个沉重的世界位于行星和褐矮星之间的灰色地带，有些人可能会反对将它归类为行星。不管怎样，“它肯定是用这种方法探测到的质量最低的物体，”她说。
千言万语
像这样的结果可以帮助填补银河系行星普查中挥之不去的空白。目前的直接成像方法除了仅限于轨道非常宽的非常大的行星外，对那些非常年轻的行星(1000万年到1亿年之间)最有效，而且它们仍然在形成时留下的热量中发光。比勒说，所有这些早期调查的累积结果很重要，但仍然没有令人印象深刻。她说:“我们发现(热的、年轻的、宽轨道的)巨大行星非常罕见。”
虽然人们预计许多恒星的轨道上都有某种行星，但直接成像调查发现，在它们的边缘有巨大行星的恒星要少得多。红外图像揭示了这些世界的大气，模型提供了对它们质量的估计。在直接成像捕捉到的几十颗系外行星中，天文学家只通过间接行星探测技术的后续测量，更精确地缩小了其中两颗的质量。部分问题在于，人们对年轻行星的观测偏好已经存在，这些行星的主恒星相对年轻，比更成熟的恒星更活跃，因此对基于恒星的伴星质量测量更具破坏性。
勃兰特说:“一旦你有了一颗直接成像的行星，就需要在一定程度上猜测它的物理性质。”天体测量学和直接成像的融合不仅为发现更多目标打开了大门;它还通过揭示每颗新发现的行星的轨道和质量，以及它的大气层，消除了一些猜测。
尽管盖亚的目标是20亿颗恒星，但希帕尔科斯只研究了10万颗恒星，它们都相对明亮，离地球较近。Currie估计，在合并目录中研究的恒星中，大约有三分之一有伴星，其中大多数是低质量恒星。如果每100颗有伴星的恒星中只有一颗有可拍摄的行星，那么新的行星探测方法的融合应该会显著增加天文学家很快可以直接看到的世界的总数。研究人员说，在其长达十年的调查结束时，盖亚可以识别多达100个额外的行星，作为使用现有仪器直接成像的候选行星，这是迄今为止所识别的直接成像世界的四倍多。这将拓宽我们对行星系统的认识，不仅仅局限于最年轻和最明亮的行星系统，也许还能展示更多类似我们自己的世界。
Currie说:“新发现的收获比我们仅仅进行盲寻所得到的要高，我们得到的信息也比我们仅仅进行直接成像所得到的信息要丰富得多。”