科学家发现了一个不应该存在的巨大“禁忌”行星

最近发表在《天文学杂志》上的一项新研究报告称，科学家们发现了一颗巨大的木星大小的行星围绕着一颗非常小的恒星运行，一名研究人员称这种组合是“禁止的”，因为它挑战了关于行星如何形成的理论。

这颗新发现的系外行星属于极其罕见的禁忌世界，这引发了人们对宇宙中最小和最冷的恒星（即 M 矮星）如何设法容纳气态巨行星的疑问。

(资料图片)

M-矮星，也被称为红矮星，通常不到太阳质量的一半，但它们在重量上的不足却在丰度和寿命方面得到了弥补。这些冷而微弱的矮星是迄今为止银河系中最常见的恒星类型，预计它们会燃烧数万亿年，比太阳预计的100亿寿命长几个数量级。因此，长期以来，科学家们一直对 M 型矮星的特性着迷，包括它们承载生命的潜在能力。

现在，由在卡内基科学研究所研究行星科学的博士后 Shubham Kanodia 领导的研究人员利用 NASA 的凌日系外行星勘测卫星(TESS)发现了一颗名为 TOI-5205b 的木星大小的气态巨行星，它是一个完整的四分之一其恒星的大小，标志着首次在如此小的恒星周围发现如此大的世界。

事实上，Kanodia 和他的同事指出，距地球约280光年的 TOI-5205b“是 M 型矮行星中质量比最高的行星之一”，它“扩展了传统的行星形成理论......形成此类行星所需的条件”，根据最近发表在《天文学杂志》上的一项研究。

“我们的团队专门研究 M-矮星和围绕它们运行的行星，已经建造了一些开创性的仪器来进行这些测量，”Kanodia 在给主板的电子邮件中说。“我们对围绕这些低质量恒星运行的巨行星特别感兴趣，因为它们的发现是相对较新的发现。直到最近我们才认为它们可以形成，而且应该非常罕见。”

“虽然情况可能仍然如此，”他补充说，“但我们现在开始建立足够多的这些行星的样本，以便我们可以从收集邮票转变为了解这些行星的样本。”

事实上，在一篇关于这一发现的博客文章中，Kanodia 指出，已经发现了一些这些“禁忌”的气态巨行星围绕 M 矮星运行，尽管 TOI-5205b 是第一个被发现围绕着一颗恒星旋转的恒星，该恒星的恒星距离为太阳的40%大量的。这颗气态巨行星是如此之大，以至于它在“凌日”（从我们地球的角度来看行星在恒星前面通过的术语）时阻挡了其恒星的整整7%的光，从而将该系统区分为“其中一个已确认系外行星绕主序星运行的最深凌日，”该研究报告说。

“只有在使用3.5米的阿帕奇点天文台(APO)望远镜从地面首次观察到这颗行星的凌日之后，我们才意识到凌日深度（以及行星）有多大，”卡诺迪亚说。“那天晚上观察 TOI-5205是最后一分钟的转折点，因为我们希望使用 APO 观察的计划对象由于多云条件而无法使用，因此我们转折到这次凌日，结果非常好！”

根据行星形成理论，这对奇怪的星行星不应该存在。行星通常形成在年轻恒星周围的气体和尘埃盘中。像木星这样巨大的世界从这些圆盘中积累了大量岩石，以捕获使它们如此独特的气体外层。目前尚不清楚像 TOI-5205这样的小系统如何能够在 M 矮星盘的短暂生命周期内产生足够的材料来培育气态巨行星。

“[W]使它变得有趣的不仅仅是质量比如此之大这一事实，而且行星形成的挑战因低主星质量而进一步复杂化，”Kanodia 解释道。“较小（质量较低）的主星意味着形成这样一颗行星的岩石核心需要更长的时间，这让事情变得更加困难。”

“由于上述原因，这些物体不太可能或被禁止，并且预计会非常罕见，”他补充道。“原始盘中没有足够的材料让这些 M 型矮星及时形成它们（或者至少我们过去是这么认为的）。”

然而，Kanodia 和他的同事们希望 TOI-5205b 的奇异特性可以帮助解决这个谜题。因为这颗气态巨行星阻挡了它的恒星的大部分光线，所以有可能在它凌日时仔细检查它的大气层的特性。

“较大的传输深度使 TOI-5205b 成为探测其大气特性的引人注目的目标，作为追踪潜在形成路径的一种手段，”该团队在研究中指出，并补充说“它也是一个很容易通过詹姆斯韦伯空间获得的物体望远镜(JWST)观测”，指的是有史以来发射的最强大的太空观测站。

为此，TOI-5205b 的发现可能有助于解释在小型恒星池塘中产生这些大型行星鱼的神秘过程。现在，不管它的背景故事如何，想象这个存在于这样一个附近系统中的外星木星的奇怪特性是很诱人的。

更新：本文已更新，包括主要作者 Shubham Kanodia 的评论。

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