银河系中最常见行星系统的年轻起源

V1298 Tau是一颗年轻（1000万至3000万年）、质量与太阳相近（1.10±0.05倍太阳质量）的恒星，位于金牛座恒星形成区。美国宇航局开普勒太空望远镜的K2任务观测发现，这颗恒星有四颗行星凌日，每颗都比海王星大。该行星系统处于观测到的系外行星周期-半径图中一个稀疏区域，作为年轻的大型行星系统，它为研究行星形成后的结构提供了关键快照，是连接原行星盘与开普勒发现的成熟系统的“缺失环节”。因此，测量这些行星的质量和轨道是检验行星形成理论的关键，有助于了解大气质量损失等塑造行星系统的早期演化过程。

2019年至2024年间，研究团队利用太空和地面望远镜对四颗行星的43次凌日进行了观测，成功找回了此前未确定轨道周期的最外侧行星V1298 Tau e，并解决了长期存在的周期模糊问题。通过对2015年至2024年所有凌日数据进行统一建模，发现所有行星都表现出显著的凌日时间变化（TTVs），幅度在约50分钟到100分钟之间，且c-d对和b-e对的凌日时间变化呈反相关，表明这两对行星的相互作用占主导。

研究先通过解析模型建立对系统动力学的认知，再进行全N体动力学拟合以确定行星参数。结果显示，行星c、d、b、e的质量分别为4.7±0.6倍地球质量、6.0±0.7倍地球质量、13.1±5.3倍地球质量和15.3±4.2倍地球质量，轨道偏心率均小于约1%，系统长期稳定且非共振。由于恒星磁活动强烈，多普勒质量测量困难，而凌日时间变化分析提供了更可靠的质量约束，且与詹姆斯·韦伯太空望远镜对行星b大气的观测结果一致。

V1298 Tau行星的密度是已知系外行星中最低的之一，与年轻的开普勒-51系统类似，但更年轻、轨道更紧凑。理论模型预测，这些行星未来将收缩，部分会穿过半径间隙成为超级地球，部分成为亚海王星，直接解释了开普勒观测到的行星半径双峰分布。行星形成理论分析表明，内侧行星c和d需要经历“沸腾”阶段（原行星盘消散后大气快速冷却流失），所有四颗行星可能具有相似的核心质量（约4-6倍地球质量）和初始包层质量分数（约0.1-0.2），体现了“豆荚中的豌豆”现象，当前大小差异是光致蒸发不同导致的暂时阶段。