“有史以來(lái)最蓬松的行星”，酷似棉花糖！

喵矮星上的棉花糖行星：一個(gè)離奇而可愛(ài)的發(fā)現(xiàn)

紅矮星系中的低密度氣態(tài)巨行星：TOI-3757 b的形成之謎解析

天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一顆密度相當(dāng)于棉花糖的氣態(tài)巨行星環(huán)繞著一顆距離地球580光年的冷紅矮星運(yùn)行。這顆類似木星的系外行星是迄今觀測(cè)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恒星，它們通過(guò)核聚變?cè)诤诵闹袑滢D(zhuǎn)化為氦，這是恒星生命周期的一個(gè)階段，天文學(xué)家稱之為"主序"。紅矮星雖然比太陽(yáng)要冷得多，但眾所周知，它們非?；钴S，并能發(fā)射強(qiáng)大的耀斑，能夠剝離任何環(huán)繞行星的大氣層。

這些劇烈噴發(fā)使紅矮星系統(tǒng)成為了一個(gè)看似不太可能和不適宜尋找像新發(fā)現(xiàn)的TOI-3757 b這樣蓬松系外行星的地方。這顆行星離它的紅矮星非常近，只需3.5個(gè)地球日就能完成一次公轉(zhuǎn)，比離太陽(yáng)最近的行星水星公轉(zhuǎn)周期快25倍。它的直徑稍微大于太陽(yáng)系最大的行星木星，約為10萬(wàn)英里（15萬(wàn)公里）。

"傳統(tǒng)上認(rèn)為紅矮星周圍的巨型行星形成困難，"華盛頓哥倫比亞特區(qū)卡內(nèi)基研究所的天文學(xué)家、研究負(fù)責(zé)人Shubham Kanodia在國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab的一份聲明中說(shuō)道。（NOIRLab負(fù)責(zé)了部分用于這項(xiàng)研究的望遠(yuǎn)鏡）

"到目前為止，我們只從多普勒調(diào)查的小樣本中觀察到這一現(xiàn)象，通常發(fā)現(xiàn)巨型行星與這些紅矮星的距離更遠(yuǎn)，"他說(shuō)道。"直到現(xiàn)在，我們還沒(méi)有足夠大的行星樣本以強(qiáng)有力的方式發(fā)現(xiàn)靠近紅矮星的氣態(tài)行星。"

Kanodia及其同事認(rèn)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(tài)巨行星。他們提出TOI-3757 b的低密度是由兩個(gè)主要因素導(dǎo)致的。

第一個(gè)因素與巨型氣體行星的形成方式有關(guān)，它們起始于質(zhì)量約為地球的10倍的巨大巖石核心，迅速吸引大量周圍的氣體，形成類似木星的形態(tài)。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，TOI-3757 b所環(huán)繞的紅矮星中重元素的豐度較低意味著這顆特定系外行星的巖石核心可能形成得更慢。這將延遲氣體被吸積到巖石核心的過(guò)程，并對(duì)TOI-3757 b的整體密度產(chǎn)生影響。

其次，天文學(xué)家認(rèn)為TOI-3757 b的軌道略呈橢圓形，類似扁平的圓，因此有時(shí)它會(huì)離其紅矮星更近。這種程度的近距離會(huì)導(dǎo)致行星過(guò)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(wèi)星（TESS）任務(wù)發(fā)現(xiàn)的，該任務(wù)通過(guò)觀察行星在過(guò)境或橫越恒星表面時(shí)造成的微小光變來(lái)發(fā)現(xiàn)系外行星。Kanodia和研究團(tuán)隊(duì)隨后利用一系列地面儀器對(duì)這一初始發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了跟蹤觀測(cè)。

TESS觀測(cè)測(cè)算出TOI-3757 b的直徑，而科學(xué)家們則利用亞利桑那州的基特峰國(guó)家天文臺(tái)和德克薩斯州的麥克唐納天文臺(tái)的儀器測(cè)量了該系外行星的徑向速度，即其沿視線方向的運(yùn)動(dòng)速度。根據(jù)這些結(jié)果，天文學(xué)家計(jì)算出該行星的質(zhì)量，約為木星的四分之一或地球質(zhì)量的約85倍。

獲得TOI-3757 b的直徑和質(zhì)量使研究團(tuán)隊(duì)能夠計(jì)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(jì)算出TOI-3757 b的密度不到土星的一半，而土星是太陽(yáng)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于棉花糖，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(tuán)隊(duì)希望能夠利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）進(jìn)一步研究這顆蓬松系外行星的奇特大氣層，并在其他星系中尋找類似的行星。

"發(fā)現(xiàn)更多這樣的巨行星系統(tǒng)（紅矮星周圍一度被認(rèn)為極其罕見(jiàn)的現(xiàn)象）是我們理解行星形成的目標(biāo)之一，" Kanodia總結(jié)道。

該研究團(tuán)隊(duì)的研究成果已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。

BY: Robert Lea

FY: 棉花糖行星

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