研究人员发现了一颗海王星大小的行星TOI-3261 b，它每21小时绕恒星运行一圈，属于罕见的"热海王星"。这颗行星为了解靠近恒星的行星的形成和大气演化提供了重要信息，表明其初始质量较大，随后大气剥离。

艺术家眼中的"热海王星"TOI-3261 b. 图源：NASA/JPL-Caltech/K. Miller (Caltech/IPAC)

发现TOI-3261 b：一颗罕见的热海王星

TOI-3261 b是一颗海王星大小的行星，它绕其主星运行的距离非常近。 它是已知的第四颗同类行星，为了解这种罕见行星的形成过程提供了宝贵的信息。

这一发现是由一个国际科学家小组利用NASA 的凌日系外行星巡天卫星（TESS）完成的。 澳大利亚、智利和南非的地面望远镜进行的后续观测证实了这一发现。 TOI-3261 b位于天文学家所说的"炙热的海王星沙漠"--在这一空间区域，这种大小和成分的行星异常稀少。

TOI-3261 b的大小和构成与海王星相似，但它的突出特点是轨道非常紧凑，仅用21个小时就完成了一"年"。 这种快速的轨道将这颗系外行星归入了一个非常独特的类别：具有精确测量质量的超短周期热海王星，迄今为止也只发现了三颗。

热海王星大气层的挑战

系外行星 TOI-3261 b 被证明是测试行星形成的新计算机模型的理想候选者。 热海王星之所以如此罕见，部分原因是很难在如此靠近恒星的地方保留厚厚的气态大气层。 恒星的质量很大，因此会对周围的事物产生巨大的引力，这可能会剥离附近行星周围的气体层。 恒星还会释放出巨大的能量，将气体层吹散。 这两个因素意味着，像TOI-3261 b这样的热海王星一开始可能是大得多的木星大小的行星，后来失去了大部分质量。

通过模拟不同的起点和发展情景，科学小组确定这颗恒星和行星系统大约有65亿年的历史，这颗行星一开始是一颗大得多的气态巨行星。 不过，它很可能是通过两种方式失去质量的：一种是光蒸发，即恒星的能量导致气体粒子消散；另一种是潮汐剥离，即恒星的引力将行星上的气体层剥离。 这颗行星也可能是在离恒星较远的地方形成的，在那里这两种效应的强度都会较小，从而使它能够保留大气层。

大气层之谜与未来研究

这颗行星残留的大气层是其最有趣的特征之一，它可能需要进一步的大气分析，或许有助于揭开这个"炎热海王星沙漠"居民的形成历史。 TOI-3261 b行星的密度大约是海王星的两倍，这表明其大气层中较轻的部分已经随着时间的推移被剥离，只剩下较重的成分。

这表明，这颗行星的大气层一开始肯定含有各种不同的元素，但现阶段很难说清楚到底是什么元素。 也许可以利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜对这颗行星进行红外光观测，从而揭开这个谜团。 这不仅有助于天文学家了解 TOI-3261 b 的过去，还将开始揭示所有高温巨行星背后的物理过程。

扩大超短周期热海王星俱乐部

2020 年首次发现了超短周期热海王星 LTT-9779 b。 此后，TESS发现的TOI-849 b和TOI-332 b也加入了超短周期热海王星精英俱乐部（质量已被精确测量）。 LTT-9779 b和TOI-849 b都在詹姆斯-韦伯太空望远镜的红外观测队列中，有可能在未来几年中拓宽我们对这些行星大气层的了解。

由南昆士兰大学天文学家艾玛-纳比（Emma Nabbie）领导的一个国际科学小组发表了关于这一发现的论文《在炎热的海王星沙漠中生存》（Surviving in the Hot Neptune Desert）： 2024 年 8 月，《天文杂志》（The Astronomical Journal）发表了他们的论文《在炎热的海王星沙漠中生存：超热海王星 TOI-3261 b 的发现》。

编译自/ScitechDaily