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独一无二的“棉花糖”行星

独一无二的“棉花糖”行星
2021年01月21日 10:44 新浪网 作者 中国科技工作者之家

  系外行星WASP-107b及其恒星WASP-107的艺术处理图。WASP-107的部分光束穿过了WASP-107b的延伸气体层。

  《天文学期刊》于1月18日发文称,加拿大蒙特利尔大学的研究人员发现:巨大系外行星WASP-107b的内核质量远低于巨行星模型预估的质量。据此,蒙特利尔大学系外行星研究所(iREx)博士生Caroline Piaulet推测,气态巨行星的形成可能比预期中容易得多。“新研究解决了有关巨大行星如何形成并成长的基础问题。”Piaulet说,“它为我们提供了具体证据,证实比预期质量小得多的行星内核,仍可以触发气体层的大规模膨胀。”

  2017年,科学家在WASP-107附近首次探测到了WASP-107b。WASP-107b非常靠近其中心恒星,两者的距离仅为地日距离的十六分之一。WASP-107b与木星体积相仿,其质量却只有木星的十分之一(地球的30倍),是已知密度最小的系外行星之一。因此,天体物理学家将其称为“超蓬松”(或“棉花糖”)行星。

  研究人员分析后得出结论:要达到这么低的密度,WASP-107b必定有一个地球质量四倍左右的固态内核——这意味着环绕固态核的浓厚气体层占据了超过85%的行星质量。相比之下,与WASP-107b质量相似的海王星,其气体层质量只占总质量的5%~15%。Piaulet说:“我们对WASP-107b产生了很多疑问。如此低密度的行星是如何形成的?在距离恒星这么近的条件下,它是如何防止气体层散逸的?这些疑问促使我们对WASP-107b进行彻底分析,以求确定其形成历史。”

  行星形成于原行星盘(恒星周围的气体及尘埃圆盘)之中。科学家们根据木星和土星构建了关于气态巨行星形成的经典模型。这些巨行星需要拥有至少十倍地球质量固态内核,来保证在原行星盘消散之前积累大量气体。如果没有巨大的内核,气态巨行星就无法跨越必要的临界门槛,保住它们巨大的气体层。

  那么,如何解释WASP-107b的存在呢?它的内核质量比模型值小得多。麦吉尔大学教授、iREx成员Eve Lee提出了若干假设。她说:“对于WASP-107b而言,最可能的情况是,这颗行星在远离恒星的地方形成。在那里,原行星盘中的气体温度非常低,能够迅速地完成气体吸积。后来,通过与原行星盘或其他行星的相互作用,这颗行星迁移到了当前位置。”

  得益于凯克天文台对WASP-107系统的长期观测,Piaulet等人发现了另一颗也许能支持上述理论的行星WASP-107c。它的偏心率很高,因此围绕恒星运行的轨道更趋近椭圆形。Piaulet说:“WASP-107c保留了某些系统记忆,它的轨道偏心率暗示了其混乱的历史。它可能与WASP-107b一样,因为行星间的相互作用而出现了重大位移。”

  除了形成历史之外,WASP-107b这颗蓬松星球还萦绕着许多其他谜团:比如,其甲烷含量很低。“这很奇怪,因为这种类型的行星的甲烷含量应该很高。”Piaulet说,“我们现在正在重新分析哈勃望远镜的观测结果,并对甲烷的缺失机制展开研究。”

  Piaulet表示,2021年发射的詹姆斯•韦伯太空望远镜或将提供关于这颗行星大气组成的更精确信息。她说:“太阳系中没有像WASP-107b这样的系外行星。这让我们能够更好地理解行星形成的一般机制,以及由此产生的各种系外行星。”

  科界原创

  编译:雷鑫宇

  审稿:西莫

  责编:陈之涵

  期刊来源:《天文学期刊》

  期刊编号:0004-6256

  原文链接:

  https://phys.org/news/2021-01-super-puff-planet.html

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