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580光年外發現「棉花糖行星」
天文學家們發現了一顆密度相當於棉花糖的氣態巨行星﹐環繞著一顆距離地球580光年的冷紅矮星運行。這顆類似木星的系外行星是迄今觀測到的圍繞紅矮星軌道最低密度的行星。
紅矮星是最小且最暗的恆星﹐它們通過核聚變在核心中將氫轉化為氦﹐這是恆星生命週期的一個階段﹐天文學家稱之為「主序」。紅矮星雖然比太陽要冷得多﹐但眾所周知﹐它們非常活躍並能發射強大的耀斑能夠剝離任何環繞行星的大氣層。
這些劇烈噴發使紅矮星系統成為了一個看似不太可能和不適宜尋找像新發現的TOI-3757 b這樣蓬鬆系外行星的地方。這顆行星離它的紅矮星非常近﹐只需3.5個地球日就能完成一次公轉﹐比離太陽最近的行星水星公轉週期快25倍。它的直徑稍微大於太陽系最大的行星木星﹐約為10萬英里(15萬公里)。
「傳統上認為紅矮星周圍的巨型行星形成困難﹐」華盛頓哥倫比亞特區卡內基研究所的天文學家說道。「到目前為止﹐我們只從多普勒調查的小樣本中觀察到這一現象﹐通常發現巨型行星與這些紅矮星的距離更遠﹐」研究人員說道。「直到現在﹐我們還沒有足夠大的行星樣本以強有力的方式發現靠近紅矮星的氣態行星。」。
研究團隊認為他們或許能夠解釋在這種不利和極端條件下如何形成低密度的氣態巨行星。他們提出TOI-3757 b的低密度是由兩個主要因素導致。
第一個因素與巨型氣體行星的形成方式有關﹐它們起始於質量約為地球的10倍的巨大岩石核心﹐迅速吸引大量周圍的氣體形成類似木星的形態。研究團隊認為﹐TOI-3757 b所環繞的紅矮星中重元素的丰度較低意味著這顆特定系外行星的岩石核心可能形成得更慢。這將延遲氣體被吸積到岩石核心的過程並對TOI-3757 b的整體密度產生影響。
其次﹐天文學家認為TOI-3757 b的軌道略呈橢圓形﹐類似扁平的圓﹐因此有時它會離其紅矮星更近。這種程度的近距離會導致行星過度加熱使其大氣膨脹。TOI-3757 b最初是由NASA的系外行星巡天衛星(TESS)任務發現﹐該任務通過觀察行星在過境或橫越恆星表面時造成的微小光變來發現系外行星。研究團隊隨後利用一系列地面儀器對這一初始發現進行了跟蹤觀測。
TESS觀測測算出TOI-3757 b的直徑﹐而科學家們則利用亞利桑那州的基特峰國家天文台和德克薩斯州的麥克唐納天文台的儀器測量了該系外行星的徑向速度﹐即其沿視線方向的運動速度。根據這些結果天文學家計算出該行星的質量約為木星的四分之一或地球質量的約85倍。獲得TOI-3757 b的直徑和質量使研究團隊能夠計算出這顆氣體巨行星的密度約為每立方英尺0.6盎司(17克)。由此可以計算出TOI-3757 b的密度不到土星的一半﹐而土星是太陽系中密度最低的行星﹐密度約為水的四分之一。這意味著該系外行星的密度類似於棉花糖﹐如果有足夠大的浴缸可以容納這顆巨行星﹐它將漂浮在水上。
研究團隊希望能夠利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)進一步研究這顆蓬鬆系外行星的奇特大氣層並在其他星系中尋找類似的行星。「發現更多這樣的巨行星系統(紅矮星周圍一度被認為極其罕見的現象)是我們理解行星形成的目標之一﹐」研究人員總結道。
該研究團隊的研究成果已發表在《天體物理學雜誌》上。
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