大約730光年外——這距離在我們的星系里不算遠(yuǎn)——一顆超級(jí)怪異的行星正繞著一顆太陽(yáng)般的恒星公轉(zhuǎn)。它體積巨大，密度很高，緊緊圍繞著主恒星。無(wú)論是在我們自己的太陽(yáng)系還是更遠(yuǎn)方，天文學(xué)家們都從未見(jiàn)過(guò)與它相像的天體。
這顆熾熱的行星編號(hào)為T(mén)OI-849b，是迄今觀測(cè)到的最大的巖質(zhì)行星，相當(dāng)于把40個(gè)地球的物質(zhì)塞入其中。令人費(fèi)解的是，TOI-849b超大的體積暗示它應(yīng)該是一顆像木星一樣巨大的氣態(tài)行星，但它卻幾乎沒(méi)有大氣層。這類(lèi)行星的誕生機(jī)制，刷新了科學(xué)家對(duì)行星形成過(guò)程的認(rèn)知。
“讓一個(gè)行星變得跟TOI-849b一樣那么巨大而致密，而又不讓它變成氣態(tài)巨行星，是非常困難的。”英國(guó)華威大學(xué)研究系外行星的專家David Armstrong在電子郵件中寫(xiě)道，“像是哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)程序中出了錯(cuò)?！彼男卵芯空撐膱?bào)告了這一發(fā)現(xiàn)，并發(fā)表在了《自然》期刊上。他與同事們認(rèn)為，這顆行星是一顆比木星還大的氣態(tài)巨行星因失去氣體而暴露在外的內(nèi)核。
“正是這類(lèi)天體才推動(dòng)理論走得更遠(yuǎn)，并讓系外行星和行星科學(xué)如此令人心動(dòng)?！闭撐暮现摺⑷鹗刻K黎世大學(xué)的Ravit Helled說(shuō)道。
“真是怪異透頂！但我也不確定它能告訴我們什么?！泵绹?guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校其他星球?qū)嶒?yàn)室（Other Worlds Laboratory）主任Jonathan Fortney說(shuō)道（他并未參與本研究）。
野蠻生長(zhǎng)中的怪胎
過(guò)去10年間，“行星獵人”們?cè)诤棋你y河里發(fā)現(xiàn)了幾千顆遙遠(yuǎn)的星球。多數(shù)行星顯然都很怪異，要么是位于靠近恒星軌道上的大氣態(tài)行星“熱木星”，要么是比我們地球大而比海王星小的巖質(zhì)行星“超級(jí)地球”。然而，TOI-849b是個(gè)例外。
這顆行星是美國(guó)宇航局搜索行星的太空望遠(yuǎn)鏡TESS（凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星）發(fā)現(xiàn)的。目前，該望遠(yuǎn)鏡正在搜索最近、最亮的20萬(wàn)顆恒星。當(dāng)這顆行星從恒星前面公轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)，使恒星的光線發(fā)生微弱變化。這一轉(zhuǎn)瞬即逝的凌日現(xiàn)象表明它的公轉(zhuǎn)周期是18小時(shí)，意味著其表面溫度高達(dá)1538攝氏度。
TESS望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果還表明，該行星的直徑約為地球直徑的3.4倍，約為海王星直徑的85%。在距離恒星這么近的位置竟有這么大的體積，非同尋常。截至目前，天文學(xué)家們?cè)谶@么近的軌道上觀測(cè)到的主要是熱木星或小得多的超級(jí)地球，而在所謂的“熱海王星沙漠”區(qū)域里一無(wú)所有。
“其實(shí)那里不存在那么大質(zhì)量的行星。”Fortney說(shuō)道。TOI-849b的直徑恰好相當(dāng)于熱海王星，但其質(zhì)量卻大兩三倍。
科學(xué)家利用智利拉西拉天文臺(tái)的HARPS設(shè)備對(duì)主恒星的引力擺動(dòng)情況進(jìn)一步觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，盡管TOI-849b的直徑與海王星幾乎相當(dāng)，但其質(zhì)量卻起碼是后者的兩倍大，意味著TOI-849b的密度極高。這顆行星可能有一層稀薄的大氣層，成分很可能是氫氣與氦氣，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠這個(gè)星球上的重力能抓住的氣體量。
Helled說(shuō)：“我們認(rèn)為它是由金屬、硅酸鹽、水，以及可能（非常）稀薄的大氣層構(gòu)成的。”
遠(yuǎn)古時(shí)代的遺跡？
該行星奇異的特性使David Armstrong及其同事們認(rèn)為，這顆神秘的星球很可能是一顆氣態(tài)巨行星的內(nèi)核，而這顆氣態(tài)巨行星應(yīng)該生長(zhǎng)得比木星更大。我們太陽(yáng)系里的氣態(tài)巨行星很可能也擁有以巖石和獨(dú)特材料構(gòu)成的致密內(nèi)核，但據(jù)認(rèn)為，其中的任一內(nèi)核都無(wú)法與TOI-849b相比擬。
Armstrong說(shuō)：“關(guān)于木星內(nèi)核究竟有多重，我們最好的估測(cè)都極為不確定。但是最近的一些工作顯示其質(zhì)量上限是25個(gè)地球。而TOI-849b甚至比它還要重?！?/p>
目前關(guān)于行星形成的理論認(rèn)為，環(huán)繞新生成的恒星周?chē)臍怏w和塵埃盤(pán)中存在大量巖石和冰粒，它們聚合形成了行星。有些行星，比如地球，集聚了一些物質(zhì)，體積較小，而一些行星則集聚了氣體，形成了大氣層極大的膨脹星球，比如木星和土星。
Armstrong稱，當(dāng)一顆行星成長(zhǎng)到約10個(gè)地球質(zhì)量時(shí)，就會(huì)進(jìn)入一個(gè)所謂的“失控氣體吸積（runaway gas accretion）”的過(guò)程。此時(shí)，行星的引力會(huì)快速吸引周?chē)臍錃夂秃?。一個(gè)相當(dāng)于40個(gè)地球質(zhì)量的行星，極有可能集聚了量大得驚人的氣體，但TOI-849b如今的樣子并非如此。
“我們現(xiàn)在可以說(shuō)像TOI-849b一樣的行星很罕見(jiàn)，但無(wú)論如何，它們確實(shí)存在，而我們不得不查清楚它們是怎么形成的，原因是什么?！盚elled說(shuō)道。
一種可能性是，TOI-849b在其恒星周?chē)臍怏w中清出了一個(gè)缺口，耗盡了可收集的物質(zhì)而停止了活動(dòng)。另一種可能性是，TOI-849b的前身是一顆不知為何失去了大氣層的大行星，或許是因?yàn)樗c恒星走得太近，但是，如果真是這樣，行星科學(xué)家們不知道這顆行星是如何在幾十億年里讓幾百倍于地球質(zhì)量的氣體消失不見(jiàn)的。
第三種可能是，這顆行星早期遭遇過(guò)大災(zāi)難，比如與另一顆尺寸相當(dāng)?shù)男行欠N子相撞，兩者的巖質(zhì)行星內(nèi)核都膨大并且剝離了大氣層。
Armstrong說(shuō)：“我認(rèn)為，關(guān)鍵的線索在于，TOI-849b處在海王星沙漠區(qū)域，暗示其歷史非常罕見(jiàn)。對(duì)我而言，這意味著它的形成路徑更為非同一般?！?/p>
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