天文學家在距離地球約580光年的地方發(fā)現(xiàn)一個“棉花糖”世界

紅矮星是主序恒星中最小和最暗的成員--這些恒星在其核心中以穩(wěn)定的速度將氫氣轉(zhuǎn)化為氦氣。盡管它們跟我們的太陽這樣的恒星相比是“冷”的，但紅矮星可以非常活躍并爆發(fā)出強大的耀斑。這可能會剝?nèi)ボ壍郎系男行堑拇髿鈱樱瑥亩惯@個恒星系統(tǒng)成為一個似乎不適合形成這樣一個紗質(zhì)行星的地方。

卡內(nèi)基科學研究所地球和行星實驗室的研究員、發(fā)表在《天文學雜志》上的一篇論文的第一作者Shubham Kanodia說道：“傳統(tǒng)上認為紅矮星周圍的巨行星很難形成。到目前為止，這只是通過多普勒測量的小樣本進行研究，這些測量通常是在離這些紅矮星更遠的地方發(fā)現(xiàn)巨行星。直到現(xiàn)在，我們還沒有足夠大的行星樣本，從而以強有力的方式找到近距離的氣體行星。”

圍繞著TOI-3757 b仍有未解之謎，其中最大的謎團是一顆氣態(tài)行星如何在紅矮星周圍形成，特別是這樣一顆低密度的行星。然而，Kanodia的團隊認為他們可能有一個解決這個謎團的辦法。

(資料圖片)

他們提出，TOI-3757 b的超低密度可能是由兩個因素造成的。第一個因素跟該行星的巖石核心有關(guān)。研究人員認為氣態(tài)巨行星開始時是巨大的巖石核心，其質(zhì)量約為地球的10倍，在這一點上，它們迅速拉入大量的鄰近氣體并形成我們今天看到的氣態(tài)巨行星。TOI-3757b的恒星跟其他帶有氣態(tài)巨行星的M-矮星相比，重元素的豐度較低，而這可能導致巖心形成得更慢并推遲了氣體吸積的開始，因此影響了行星的整體密度。

第二個因素可能是這顆行星的軌道，它被初步認為是略帶橢圓的。有些時候，它比其他時候更接近它的恒星，并導致大量的過量加熱，進而可能引發(fā)行星的大氣膨脹。

NASA的凌日系外行星探測衛(wèi)星(TESS)最初發(fā)現(xiàn)了這顆行星。Kanodia的團隊隨后使用地面儀器進行了后續(xù)觀測，包括NEID和NESSI及懷俄明州的Red Buttes天文臺。

TESS測量了這顆行星TOI-3757 b在其恒星前的交叉點，這使得天文學家得以計算出這顆行星的直徑約為15萬公里或約只比木星的直徑略大。這顆行星僅用3.5天就完成了圍繞其宿主恒星的完整軌道，這比太陽系中最近的行星--水星--少了24倍，后者需要大約88天才能完成。

然后，天文學家們利用NEID和HPF來測量這顆恒星沿視線的表觀運動，也被稱為它的徑向速度。這些測量結(jié)果提供了該行星的質(zhì)量，經(jīng)計算，其質(zhì)量約為木星的1/4或地球質(zhì)量的約85倍。知道了它的大小和質(zhì)量，Kanodia的團隊就可以計算出TOI-3757 b的平均密度為每立方厘米0.27克，這將使它的密度不到土星（太陽系中密度最低的行星）的一半，約是水的密度的四分之一（意味著如果把它放在一個裝滿水的巨大浴缸里，它會漂浮起來），或密度類似于棉花糖。

賓夕法尼亞州立大學的博士后研究員、本文第二作者Jessica Libby-Roberts說道：“未來利用NASA新詹姆斯-韋伯太空望遠鏡對這顆行星的大氣層進行潛在的觀察可能有助于闡明其蓬松的本質(zhì)。”

Kanodia說道：“發(fā)現(xiàn)更多這樣的巨行星系統(tǒng)--這些巨行星曾經(jīng)被認為在紅矮星周圍極為罕見--是我們了解行星如何形成的目標的一部分。”

這一發(fā)現(xiàn)突出了NEID的重要性，它能確認NASA TESS任務目前發(fā)現(xiàn)的一些候選系外行星，從而為新詹姆斯-韋伯太空望遠鏡提供重要的目標以跟進并開始描述它們的大氣特征。這將反過來告訴天文學家，這些行星是由什么構(gòu)成的、它們是如何形成的、對于潛在的可居住的巖石世界它們是否可能支持生命等等。