一颗非常薄的“棉花糖”系外行星的发现震惊了科学家——“我们无法解释这颗行星是如何形成的”

天文学家发现了一颗巨大的低密度行星，名为 WASP-193b，它比木星大 50%，但密度与棉花糖相似。 这一发现挑战了当前的行星形成理论。 （艺术家的概念图。）图片来源：SciTechDaily.com

天文学家发现了一颗巨大的低密度行星，名为 WASP-193b，它比我们的星球大 50%。 木星 但它的密度与棉花糖相似。 这一发现挑战了当前的行星形成理论，因为科学家无法解释这样的行星是如何形成的。

天文学家发现了一个巨大的、蓬松的外星行星球，围绕着我们银河系中一颗遥远的恒星运行 银河系 星系。 这一发现于 5 月 14 日发表在期刊上 自然天文学 由研究人员来自 麻省理工学院比利时列日大学和其他地方的这一发现是解开这些超轻巨行星如何形成之谜的一把有希望的钥匙。

这颗名为 WASP-193b 的新行星似乎是一颗木星大小的矮星，但其密度只是其密度的一小部分。 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，密度非常低，与棉花糖的密度相似。

WASP-193b 是迄今为止发现的第二轻的行星，仅次于最小的行星 海王星-就像世界一样，开普勒 51d。 这颗新行星的尺寸要大得多，再加上其极轻的密度，使得 WASP-193b 在迄今为止发现的 5,400 多颗行星中算是一个异类。

该研究的主要作者、麻省理工学院的博士后研究员 Khaled Al-Barqawi 表示：“找到这些密度如此之小的巨型物体确实非常罕见。” “有一类行星叫做蓬松的木星，15 年来它们一直是个谜，这是该类行星的一个极端例子。

“我们不知道在我们现有的所有形成理论中该把这颗行星放在哪里，因为它在所有这些理论中都是一个异常，”共同主要作者、安达卢西亚天体物理研究所的高级研究员弗朗西斯科·波苏埃洛斯补充道。 在西班牙。 “我们无法根据经典进化模型解释这颗行星是如何形成的，仔细观察它的大气层将使我们能够获得这颗行星的进化路径。”

麻省理工学院这项研究的共同作者包括麻省理工学院地球、大气和行星科学系助理教授朱利安·德威特（Julian de Wit）和麻省理工学院博士后研究员阿特姆·布尔达诺夫（Artem Burdanov），以及来自欧洲多个机构的合作者。

WASP-193b 系统的艺术想象图。 图片来源：列日大学

“有趣的发展”

这颗新行星最初是由广角行星搜索项目（WASP）发现的，这是一个学术机构之间的国际合作项目，这些机构共同运营着两个机器人天文台，一个位于北半球，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 年进行的调查中，WASP 南方天文台检测到 WASP-193 的周期性凌日或光线减弱，WASP-193 是一颗距离地球 1,232 年光的邻近太阳恒星。 。 天文学家确定，恒星亮度的周期性下降与行星绕恒星运行并每 6.25 天阻挡其光线一致。 科学家们测量了行星每次凌日时阻挡的光线总量，从而估算出这颗巨型行星的大小，大约相当于超级木星的大小。

接下来，天文学家试图确定行星的质量，这一测量可以揭示其密度，或许还能揭示其成分的线索。 为了获得质量估计，天文学家通常使用径向速度，科学家通过这种技术来分析恒星的光谱或当行星绕恒星运行时不同波长的光。 恒星的光谱可以根据吸引恒星的因素（例如其绕轨道运行的行星）以特定方式发生变化。 行星的质量越大，距离恒星越近，其光谱变化就越大——这种扭曲可以让科学家了解行星的质量。

对于 WASP-193 b，天文学家获得了由各种地面望远镜拍摄的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。 但它总是空着——具体来说，事实证明，这颗行星太轻，无法在其恒星上被探测到。

“大型行星通常很容易被发现，因为它们通常质量很大，并且会对恒星产生很大的影响，”德威特解释道。 “但这颗行星的困难在于，虽然它很大，但它的质量和密度都很低，以至于仅使用径向速度技术很难探测到。这是一个有趣的发展。”

”[WASP-193b] “它是如此温和，以至于我们花了四年的时间来收集数据并表明存在大量信号，但它实际上非常小，”巴尔卡维说。

“我们最初的密度非常低，一开始很难相信，”布苏埃洛斯补充道。 “我们多次重复分析所有数据的过程，以确保这是该行星的真实密度，因为它非常罕见。”

膨胀的世界

最终，研究小组证实这颗行星确实很轻。 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，木星的重量约为每立方厘米1.33克； 地球每立方厘米重 5.51 克。 也许密度与新的蓬松星球最接近的物质是棉花糖，其密度约为每立方厘米 0.05 克。

“这颗行星太轻了，很难想象有类似的固体物质，”巴卡维说。 “它之所以接近棉花糖，是因为两者主要由轻质气体而不是固体组成。”

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，这些气体可能形成极其蓬松的大气层，延伸到木星大气层之外数万公里。 一颗行星如何膨胀到如此程度并仍然保持如此极端的光密度是一个现有的行星形成理论还无法回答的问题。

为了更好地了解这个新的稀薄世界，该团队计划使用先前开发的 D-Wit 技术首先推导出该行星大气层的某些特性，例如不同深度的温度、成分和压力。 然后可以使用这些属性来准确计算行星的质量。 目前，该团队将 WASP-193b 视为 WASP-193b 等天文台后续研究的理想候选者 詹姆斯·韦伯太空望远镜。

“行星的大气层越大，穿过它的光就越多，”德维特说。 “因此，这颗行星显然是我们研究大气效应的最佳目标之一，它将成为试图解开木星膨胀之谜的罗塞塔石碑。”

参考文献：“木星大小的行星 WASP-193 b 周围的低密度大气层”作者：Khaled Al-Barqawi、Francisco J. 博苏埃洛斯、科伊尔·希利尔、巴里·斯莫利、路易丝·D. 尼尔森、普拉杰瓦尔·尼罗拉、迈克尔·吉隆、朱利安·德威特、西蒙·穆勒、卡罗琳·多恩、拉维特·霍尔德、伊曼纽尔·杰因、布赖斯·奥利维尔·德莫尔、瓦莱里·范·格鲁特尔、阿卜杜拉赫曼·塞普克、穆拉德·加沙维、大卫。 Anderson、Zuhair Ben Khaldoun、François Bouchy、Artem Bordanov、Laetitia Delris、Elsa Ducrot、Leonel Garcia、Abdelhadi Al Jabri、Monica Lindell、Pierre F. L. Maxted、Catriona A. Murray、Peter Bellman Pedersen、Didier Kilo、Daniel Sebastian、Oliver Turner、Stefan Audrey、Mathilde Timmermans、Amaury H. M. G. Triode 和 Richard G. West，2024 年 5 月 14 日， 自然天文学。
DOI：10.1038/s41550-024-02259-y

这项研究的部分资金来自 WASP 大学协会和英国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，他们支持阿耳忒弥斯和其他 SPECULOOS 望远镜。