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280光年外,一顆奇怪的行星出現在了它不該出現的地方

温晗晗 2023/04/12

近日一些天文科研人員在距離地球280光年的地方發現了一個異常的行星系統——一顆龐大的氣體巨行星圍繞著一顆身型矮小的紅矮星運行。這樣的天體組合在此前的理論研究中被認為是「不可能」的。

這顆行星名叫TOI-5205b,它圍繞運行的恒星名叫TOI-5205,是一顆M級矮星。M級矮星是銀河系中最常見的恒星,它們比太陽要小很多,TOI-5205的體積只相當于木星的四倍。紅矮星的表面溫度也很低,通常只有太陽的一半,因此看起來非常紅。但它們的壽命非常長。

平均而言,紅矮星擁有的行星數量要比其他質量更大的恒星多。但它們的演化特點又決定了它們不太可能擁有氣體巨行星。紅矮星的行星通常是巖石質的類地行星。然而新發現的這顆行星卻是個例外,其個頭和太陽系的木星相當,是一顆氣體巨行星。

環繞TOI-5205(后方)運行的氣體巨行星(前方)想象圖。Katherine Cain

人們在M級矮星周圍發現過少量氣體巨行星,但那些紅矮星的年齡和質量都要比TOI-5205大。行星TOI-5205b和恒星TOI-5205的質量比是已知紅矮星行星系統中最高的。

由于TOI-5205的體積只相當于4個木星,因此當體積相當于一個木星的TOI-5205b從它前方掠過時,星光的下跌幅度達到了7%。

行星是從圍繞年輕恒星運行的氣體塵埃盤中誕生的。現有的理論認為,氣體巨行星是在一個質量至少相當于10個地球的巖石內核基礎上形成的。這樣一個核可以快速掃清原行星盤內附近區域的大量氣體,進而形成氣體巨行星。

環繞TOI-5205(后方)運行的氣體巨行星(前方)想象圖。Katherine Cain

氣體巨行星想要得以形成,需要滿足兩大條件。其一是,其所在的原行星盤內必須包含足量的巖石物質,否則其內核就無法形成;其二是,其所在的原行星盤必須留存足夠長的時間,如果在氣體巨行星的內核形成前,這個原行星盤就已蒸發殆盡,那麼氣體巨行星同樣也無法形成。

然而TOI-5205b所在的行星系并不滿足這兩個條件,它的存在讓人感到百思不得其解。所以研究人員稱其為「不該存在」的行星或「禁星」。

圖左為TOI-5205(上)和TOI-5205b(下)大小對比;圖右為太陽(上)和TOI-5205b(下)大小對比。Katherine Cain

很難用現有理論解釋TOI-5205b的存在,如果它不是來自別處的流浪行星,那麼就是現有的行星演化理論中有缺陷——而這種可能性一般來說更大。


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