这颗质量仅为太阳五分之一的小恒星却拥有一颗气态巨行星

艺术家描绘的新发现巨行星——TOI-6894 b，它围绕着一颗质量为0.2倍太阳的恒星运行。图片来源：华威大学/马克·加利克

TOI-6894是一颗小型红矮星，质量仅为太阳的20%。像这样的恒星在银河系中很常见，但它们通常不被认为是巨行星的家园。事实上，天文学家长期以来一直认为，这种低质量恒星根本不具备形成或支持大型行星的合适条件。

但在《自然天文学》杂志上发表的一项令人惊讶的新发现中，科学家们发现了围绕这颗小恒星运行的巨行星（名为 TOI-6894b）的清晰特征。

这颗行星是在NASA TESS任务的大规模数据调查中发现的。TESS任务通过监测恒星亮度来搜寻系外行星。该项目专注于发现围绕较小恒星运行的巨行星，由爱德华·布莱恩特博士领导，他在华威大学和伦敦大学学院的穆拉德空间科学实验室进行了这项研究。

华威天体物理学奖获得者、论文第一作者爱德华·布莱恩特博士表示：“我对这一发现感到非常兴奋。我最初通过TESS对超过91000颗低质量红矮星的观测数据进行搜索，寻找巨行星。”

随后，利用世界上最大的望远镜之一——欧洲南方天文台（ ESO）的甚大望远镜（VLT）的观测数据，我发现了TOI-6894b，这是一颗巨行星，它正凌日迄今为止已知的质量最低的恒星。我们之前从未预料到像TOI-6894b这样的行星能够在如此低质量的恒星周围形成。这一发现将成为理解巨行星形成极端情况的基石。

美国宇航局凌日系外行星巡天卫星（TESS）工作示意图。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

这颗行星（TOI-6894b）是一颗低密度气态巨行星，半径略大于土星，但质量仅为土星的约50%。这颗恒星（TOI-6894）是迄今为止发现拥有凌日巨行星的最低质量恒星，其质量仅为拥有此类行星的第二小恒星的60%。

华威大学副教授丹尼尔·贝利斯博士表示：“我们银河系中的大多数恒星实际上都是像这样的小恒星，质量较小，之前被认为无法容纳气态巨行星。因此，这颗恒星拥有一颗巨行星这一事实，对于我们估计银河系中存在的巨行星总数具有重大影响。”

伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室的文森特·范·艾伦博士表示：“这是一个引人入胜的发现。我们真的不明白一颗质量如此之小的恒星是如何形成如此巨大的行星的！这是寻找更多系外行星的目标之一。通过寻找与太阳系不同的行星系统，我们可以测试我们的模型，并更好地理解我们自己的太阳系是如何形成的。”

关于行星形成最广为接受的理论是核心吸积理论。行星核心首先通过吸积（物质的逐渐积累）形成，随着核心质量的增大，它最终会吸引形成大气层的气体。之后，核心的质量会达到足以进入失控气体吸积过程的程度，最终成为一颗气态巨行星。

在该理论中，低质量恒星周围形成气态巨行星的难度更大，因为恒星周围原行星盘中的气体和尘埃数量（行星形成的原材料）太有限，无法形成足够质量的核心，也无法发生失控过程。

然而，TOI-6894b（一颗围绕极低质量恒星运行的巨行星）的存在表明该模型并不完全准确，需要其他理论。

爱德华补充道：“考虑到这颗行星的质量，TOI-6894b 可能是通过一个中间核心吸积过程形成的，在这个过程中，原行星形成并稳定地吸积气体，而核心的质量不足以导致失控的气体吸积。

或者，它可能是由引力不稳定的圆盘形成的。在某些情况下，恒星周围的圆盘会因其自身施加的引力而变得不稳定。这些圆盘随后会碎裂，气体和尘埃坍缩形成行星。

但研究小组发现，从现有数据来看，这两种理论都无法完全解释TOI-6894b的形成，这使得这颗巨行星的起源目前仍是一个悬而未决的问题。

揭开TOI-6894b形成之谜的一个途径是进行详细的大气分析。通过测量行星内部物质的分布，天文学家可以确定行星核心的大小和结构，从而告诉我们TOI-6894b是通过吸积形成还是通过不稳定的圆盘形成。

这并非 TOI-6894b 大气唯一有趣的特征；对于一颗气态巨行星来说，它的大气温度异常寒冷。系外行星搜寻者发现的大多数气态巨行星都是热木星，即温度约为 1000-2000 开尔文的巨大气态巨行星。相比之下，TOI-6894b 的大气温度仅为 420 开尔文。较低的温度，加上这颗行星的其他特征，例如非常深的凌日现象，使其成为天文学家最有可能将其描述为具有凉爽大气层的巨行星之一。

伯明翰大学教授、论文合著者兼SPECULOOS 合作项目成员 Amaury Triaud表示：“根据 TOI-6894b 的恒星辐射情况，我们推测其大气主要由甲烷化学组成，这种物质极其罕见，难以识别。由于温度足够低，大气观测甚至可能发现氨，这将是首次在系外行星大气中发现氨。”

“TOI-6894b 很可能成为研究以甲烷为主的大气的基准系外行星，也是研究太阳系外含有碳、氮和氧的行星大气的最佳‘实验室’。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST ）计划在未来12个月内对TOI-6894b的大气层进行观测。这将使天文学家能够确定哪些可能的理论能够解释这颗意外行星的形成。

论文合著者、千禧年天体物理研究所研究员兼阿道夫伊巴涅斯大学教授安德烈斯乔丹博士表示：“该系统为行星形成模型提出了新的挑战，也为后续观测以表征其大气层提供了一个非常有趣的目标。

这一发现是我们多年来在智利和英国开展的系统性项目的成果。我们的努力为我们更好地理解小恒星形成巨行星的频率做出了重要贡献，并为后续利用太空平台进行研究提供了重要的目标。

编译自/ScitechDaily