2025年12月，国际天文学期刊 The Astrophysical Journal Letters 在线发表了由中国科学院国家天文台牵头完成的一项理论研究工作。围绕由恒星潮汐耗散驱动的系外行星轨道衰减问题，研究团队以热门热木星系统 WASP-12 为关键检验对象，给出了一个清晰的物理答案：在已知的线性潮汐物理框架内，恒星内部的潮汐耗散究竟能有多强？
短周期热木星的轨道衰减为探测恒星内部结构和流体物理提供了罕见的观测窗口。在目前报道的多个轨道衰减候选系统中，WASP-12b 是迄今为止唯一一个由多套独立观测长期确认其轨道正在持续衰减的系统，其轨道演化时标约为百万年量级，因此成为检验潮汐理论的关键试金石。这一异常快速的轨道衰减，对恒星潮汐耗散机制提出了严苛的物理约束。
围绕 WASP-12 的轨道演化，过去几年中已有若干研究通过数值计算探讨辐射阻尼、对流耗散及动力学潮汐的作用。然而，恒星潮汐响应本质上是一个受迫、非绝热的边值问题，其结果对恒星内部结构与耗散通道的处理高度敏感。要在统一框架下同时刻画辐射阻尼、对流湍流耗散以及动力学潮汐的模式分辨响应，并在共振密集区域保持数值稳定与可复现性，长期以来存在客观的计算门槛。这也使得不同研究之间的结果难以进行直接对照，限制了对物理结论的系统检验。
在本研究中，研究团队采用自主开发并开源的数值工具 GYRE-tides，首次对 WASP-12 主星在伴星引力作用下的潮汐响应进行了全非绝热、模式分辨的直接数值求解。该方法不依赖常数 Q 或恒定时间延迟等参数化近似，而是从恒星一维结构模型出发，显式求解受迫振荡方程，完整刻画了辐射阻尼、对流湍流耗散以及动力学潮汐在恒星内部的共同作用。
计算结果表明，在主序恒星结构下，无论是辐射阻尼主导的动力学潮汐，还是包含湍流粘度的平衡潮模型，其所能提供的能量耗散均显著低于解释 WASP-12b 已确认轨道衰减所需的水平。这一结论在不同恒星参数与耗散描述下均保持稳健，并在量级上与此前多项独立研究相互印证，清楚表明：在不考虑强磁场的线性潮汐物理框架内，恒星内部的耗散能力已接近其可达到的上限。研究进一步指出，若要解释观测所需的轨道衰减速率，需要引入强非线性耗散机制，如内重力波破碎等物理过程。
该工作的核心意义在于，它不仅针对 WASP-12 这一高度关注的系统给出了明确的物理约束，更重要的是，在一个公开、可维护的数值框架内，系统性地实现了对恒星潮汐响应的全非绝热直接计算。通过将这一能力整合进广泛使用的 MESA–GYRE 体系，本研究显著降低了开展精确潮汐计算的技术门槛，使相关结果能够被独立复现与系统检验。这一面向社区的贡献，为未来将系外行星轨道衰减观测与恒星内部结构物理直接连接，奠定了理论基础。
随着地球 2.0工程与 Roman 等巡天项目预计发现大量短周期系外行星，轨道衰减研究将从个例分析走向统计样本。本研究所建立的数值框架，为将未来观测直接转化为对恒星内部结构与流体物理过程的约束，提供了关键理论支撑。
本研究得到国家自然科学基金、中国科学院相关项目以及国际合作计划的支持。中国科学院国家天文台银河系三维结构研究组孙萌研究员为该工作的第一和通讯作者。
全文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae23cf
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