天文学家发现一颗像棉花糖一样轻的巨行星

发布时间：2024-06-17 15:45:04 栏目：精选知识

导读 麻省理工学院、比利时列日大学等地的天文学家发现了一颗巨大、蓬松的奇怪行星，它围绕着我们银河系中的一颗遥远恒星运行。这一发现今天发表...

麻省理工学院、比利时列日大学等地的天文学家发现了一颗巨大、蓬松的奇怪行星，它围绕着我们银河系中的一颗遥远恒星运行。这一发现今天发表在《 自然天文学》杂志上，有望成为解开如此巨大、超轻行星形成之谜的关键。



这颗新行星被命名为 WASP-193b，体积似乎比木星小，但密度却只有木星的一小部分。科学家发现，这颗气态巨行星比木星大 50%，密度约为木星的十分之一——密度极低，与棉花糖相当。

WASP-193b 是迄今为止发现的第二轻的行星，仅次于体积较小、类似海王星的行星开普勒 51d。这颗新行星体积大得多，密度极轻，使得 WASP-193b 在迄今为止发现的 5,400 多颗行星中显得有些奇怪。

“发现密度如此之小的巨型物体真的非常罕见，”这项研究的主要作者、麻省理工学院博士后 Khalid Barkaoui 说道。“有一类行星被称为蓬松木星，15 年来，它们到底是什么一直是个谜。而这是这类行星的一个极端例子。”

“我们不知道在目前所有的形成理论中，这颗行星属于什么位置，因为它是所有理论中的一个异常值，”西班牙安达卢西亚天体物理研究所高级研究员、共同主要作者弗朗西斯科·波苏埃洛斯补充道。“我们无法根据经典演化模型解释这颗行星是如何形成的。更仔细地观察它的大气层将使我们能够获得这颗行星的演化路径。”

该项研究的麻省理工学院合著者包括麻省理工学院地球、大气和行星科学系助理教授 Julien de Wit、麻省理工学院博士后 Artem Burdanov，以及来自欧洲多个机构的合作者。

“有趣的转折”

这颗新行星最初是由“广角行星搜索计划”(WASP)发现的。WASP 是由多个学术机构组成的国际合作组织，它们共同运营着两个机器人天文台，一个位于北半球，另一个位于南半球。每个天文台都使用一系列广角相机来测量整个天空中数千颗恒星的亮度。

在 2006 年至 2008 年以及 2011 年至 2012 年的调查中，WASP-South 天文台探测到了 WASP-193 的周期性凌日或亮度下降。WASP-193 是一颗明亮的类太阳恒星，距离地球 1,232 光年。天文学家确定，这颗恒星的亮度周期性下降与一颗行星绕恒星运行并每 6.25 天遮挡一次恒星光线相符。科学家们测量了这颗行星每次凌日时遮挡的光线总量，从而估算出这颗行星的巨型超级木星大小。

天文学家随后开始确定这颗行星的质量——这一测量结果将揭示行星的密度，也可能是其成分的线索。为了估算行星的质量，天文学家通常采用径向速度法，这是一种科学家分析恒星光谱或行星绕恒星旋转时各种波长的光的技术。恒星的光谱可能会发生特定变化，具体取决于对恒星的拉力，例如绕恒星旋转的行星。行星的质量越大，距离恒星越近，其光谱的变化就越大——这种扭曲可以让科学家了解行星的质量。

对于 WASP-193 b，天文学家通过各种地面望远镜获得了该恒星的额外高分辨率光谱，并尝试使用径向速度来计算行星的质量。但他们一直一无所获——事实证明，正是因为这颗行星太轻，无法对其恒星产生任何可探测的引力。

“通常情况下，大型行星很容易探测到，因为它们通常质量很大，对恒星的引力很大，”德维特解释道。“但这颗行星的棘手之处在于，尽管它很大——巨大无比——但它的质量和密度非常低，因此仅使用径向速度技术很难探测到它。这是一个有趣的转折。”

Barkaoui 说：“WASP-193b 非常轻，因此花了四年时间才收集数据并证明其存在质量信号，但它真的非常微小。”

“我们最初得到的密度极低，这在一开始很难令人相信，”波苏埃洛斯补充道。“我们多次重复了所有数据分析过程，以确保这是该行星的真实密度，因为这种情况极其罕见。”

膨胀的世界

最后，研究小组证实这颗行星确实非常轻。他们计算出它的质量约为木星的 0.14 倍。根据其质量得出的密度约为每立方厘米 0.059 克。相比之下，木星的密度约为每立方厘米 1.33 克;地球的密度更大，为每立方厘米 5.51 克。密度最接近这颗新发现的蓬松行星的物质可能是棉花糖，其密度约为每立方厘米 0.05 克。

“这颗行星非常轻，很难想象有类似的固态物质，”巴尔卡维说。“它之所以像棉花糖，是因为它们大多是由轻气体而非固体构成的。这颗行星基本上是超级蓬松的。”

研究人员怀疑这颗新行星主要由氢和氦组成，就像银河系中大多数其他气态巨行星一样。对于 WASP-193b 来说，这些气体可能形成一个膨胀的大气层，比木星自己的大气层延伸数万公里。行星究竟如何膨胀到如此程度，同时保持超轻密度，这是一个现有的行星形成理论尚无法回答的问题。

为了更好地了解这个新的蓬松星球，该团队计划使用 德威特之前开发的技术，首先推导出该星球大气的某些特性，例如其在不同深度的温度、成分和压力。然后可以利用这些特性精确计算出该星球的质量。目前，该团队认为 WASP-193b 是詹姆斯韦伯太空望远镜等天文台进行后续研究的理想候选者。

“行星的大气层越大，穿过的光线就越多，”德维特说。“因此，很明显，这颗行星是我们研究大气效应的最佳目标之一。它将是一块罗塞塔石碑，试图解开浮肿木星的谜团。”

这项研究的部分资金来自联盟大学和英国 WASP 科学技术设施委员会、欧洲研究理事会、瓦隆-布鲁塞尔联盟以及海辛-西蒙斯基金会、科林和莱斯利·马森以及彼得·A·吉尔曼，用于支持阿尔特弥斯和其他 SPECULOOS 望远镜。