在浩瀚宇宙中寻找尚未被发现的行星，并不一定需要新的观测。有时，重新挖掘已有的数据，就可能带来新的发现。近日，由北京大学本科生李依含领衔、弗吉尼亚大学周一凡教授和北京大学科维理天文与天体物理研究所沈雷歌（Gregory Herczeg）教授指导的一项新研究，提出了一种创新方法：利用已有的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）观测数据，搜寻其他恒星系统外侧轨道上的低温巨行星。
这项研究聚焦于M型矮星。M型矮星是银河系中数量最多的一类恒星，质量和体积较小，表面温度较低，因此通常呈现红色。尽管天文学家已经在M型矮星周围发现了数百颗在低轨道运行的岩石行星，但一个关键问题仍未得到解答：这些系统中是否也存在更高轨道的巨型气态行星，类似太阳系外侧的木星和土星。
这类高轨道巨行星对行星系统的形成和演化具有重要影响。传统的行星搜寻方法在探测这类天体时往往面临局限。例如，凌星法通过观测行星从恒星前方经过时引起的微弱变暗来搜寻行星，但只有当行星轨道几乎与地球视线方向对齐时才有效；对于高轨道行星而言，这种几何概率非常低。视向速度法则通过探测行星对宿主恒星施加的引力“摆动”来寻找行星，但随着行星轨道半径增大、轨道周期延长至数十年，该方法的灵敏度也会显著下降。
图1： 一颗气态巨行星绕其恒星运行的示意图。图片来源：NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
相比之下，直接成像——即通过遮挡恒星的强烈光芒来直接拍摄行星——为探测远离恒星运行的巨行星提供了独特优势。但问题在于，要获得足够深的图像，通常需要占用世界顶尖天文台大量宝贵的观测时间。
由北京大学、弗吉尼亚大学及其他国际机构研究人员组成的合作团队，将目光投向了韦布空间望远镜不断积累的观测数据。这些数据原本是为另一类科学目标获取的，即利用凌星法研究靠近恒星运行的岩石行星。当韦布望远镜观测凌星系统时，往往需要连续数十小时稳定指向目标恒星。此前已有多个此类项目利用MIRI在15微米波段进行长时间曝光，以研究岩石行星的大气，而15微米波段恰好对应低温巨行星热辐射最强的波段之一，因此特别适合寻找这类天体。
“通过研究这些系外行星系统的结构，我们距离回答‘行星是如何形成的’以及‘怎样的条件使地球得以出现’又近了一步。”李依含表示，“能够真正深入研究这些数据，并从中寻找这些隐藏的行星，是一段非常奇妙的经历。”
研究团队分析了10个M型矮星系统的MIRI存档数据，总观测时长接近160小时。通过精确建模并扣除恒星星光，研究团队大幅抑制了中心恒星的星光的影响，揭示出原本隐藏在恒星强光中的微弱信号。
图2：左图为扣除宿主恒星星光后的遥远恒星系统图像，在该区域内未发现可见伴星；右图为探测概率图，展示了对不同行星质量和轨道半长轴的探测灵敏度。
虽然此次搜索尚未发现新的行星，但结果表明，围绕M型矮星的远轨道巨行星可能较为稀少。更重要的是，这项工作建立了一种新的搜索方法。研究表明，在部分目标系统中，该方法已经能够探测质量接近木星、温度低至约233 K（约零下40℃）且与宿主恒星的距离超过木星与太阳距离的四倍的巨行星。
随着韦布空间望远镜继续运行，越来越多的凌星观测数据——包括专门研究类地行星的
“Rocky Worlds” DDT项目的数据——将进入档案库。这意味着，每一次针对凌星系统开展的长时间JWST观测，都可能同时服务于两类不同的科学研究。一份观测数据既可用于研究近轨道岩石行星的大气，也可用于搜寻远轨道巨行星，进一步挖掘韦布档案数据的科学潜力。
“这是周教授提出的一个非常有创意的想法，而李依含也将它出色地付诸实现。”沈雷歌教授表示，“看到一位北大本科校友指导另一位优秀本科生开展科研、成长进步，是一件令人欣慰的事。”
论文《利用MIRI 15微米图像搜寻M型矮星周围的高轨道行星》（A Search for Wide-orbit Planets Around M-dwarfs using Deep MIRI 15-micron Images）已被《Astronomical Journal》接收发表，预印本可见：https://arxiv.org/abs/2604.07703。
