“不應(yīng)該存在”的巨型行星對于它微不足道的恒星來說太大了

想象一下，你是一個農(nóng)民，在雞舍里尋找雞蛋——但你發(fā)現(xiàn)的不是雞蛋，而是鴕鳥蛋，比雞可以產(chǎn)的任何東西都大得多。

這是如何我們的團(tuán)隊天文學(xué)家當(dāng)我們感覺到發(fā)現(xiàn)了一顆巨大的行星，比地球重13倍以上，圍繞著一顆涼爽、暗淡的紅色恒星，質(zhì)量是地球太陽的9倍。

這顆較小的恒星被稱為M星，不僅比地球太陽系中的太陽小，而且亮度也低100倍。這樣一顆恒星的行星形成盤中不應(yīng)該有足夠數(shù)量的物質(zhì)來誕生如此巨大的行星。

宜居帶行星探測器

在過去的十年中，我們的團(tuán)隊在賓夕法尼亞州立大學(xué)設(shè)計并制造了一種新儀器，能夠探測到這些暗淡、涼爽的恒星發(fā)出的光，其波長超出了人眼的靈敏度——在近紅外線——這些涼爽的恒星中發(fā)出大部分的光.

連接到德克薩斯州西部的 10 米 Hobby-Eberly 望遠(yuǎn)鏡上，我們的儀器被稱為宜居帶行星探測器，可以測量行星引力拉扯恒星時恒星速度的細(xì)微變化。這種技術(shù)稱為多普勒徑向速度技術(shù)，是非常適合探測系外行星.

"系外行星“是太陽系外和行星這兩個詞的組合，因此該術(shù)語適用于圍繞不是地球太陽的恒星軌道上的任何行星大小的物體。

三十年前，多普勒徑向速度觀測使人們發(fā)現(xiàn)了51 飛馬 b，這是已知的第一顆圍繞類太陽恒星運行的系外行星。在隨后的幾十年里，像我們這樣的天文學(xué)家改進(jìn)了這項技術(shù)。

這些越來越精確測量有一個重要目標(biāo)：能夠發(fā)現(xiàn)巖石行星宜居區(qū)，恒星周圍的區(qū)域，液態(tài)水可以在行星表面維持。

多普勒技術(shù)還不具備發(fā)現(xiàn)宜居帶行星的能力，即圍繞太陽大小的恒星的地球質(zhì)量。但是，對于同一顆地球大小的行星，冷而暗淡的M星顯示出更大的多普勒特征。

恒星的質(zhì)量較低，導(dǎo)致它被軌道行星拉扯得更多。較低的亮度導(dǎo)致更近的可居住區(qū)以及更短的軌道，這也使這顆行星更容易被探測到。

這些較小恒星周圍的行星是我們團(tuán)隊設(shè)計宜居帶行星探測器要發(fā)現(xiàn)的行星。我們的新發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，一顆巨大的行星緊緊圍繞著涼爽昏暗的M星LHS 3154（雞舍里的鴕鳥蛋）運行，這真是令人驚訝。

LHS 3154b：不該存在的星球

行星在圓盤中形成由氣體和粉塵組成。這些圓盤將塵埃顆粒聚集在一起，這些塵埃顆粒長成鵝卵石，最終結(jié)合形成一個堅固的行星核心。

一旦核心形成，行星就可以在重力作用下吸入固體塵埃以及周圍的氣體，如氫氣和氦氣。但它需要大量的質(zhì)量和材料才能成功地做到這一點。這種形成行星的方式稱為核心吸積.

像LHS 3154這樣質(zhì)量低的恒星，質(zhì)量是太陽的九倍，應(yīng)該有一個相應(yīng)的低質(zhì)量行星形成盤。

圍繞如此低質(zhì)量恒星的典型圓盤應(yīng)該沒有足夠的固體材料或質(zhì)量來制造足夠重的核心來創(chuàng)造這樣的行星。

從我們團(tuán)隊進(jìn)行的計算機模擬中，我們得出結(jié)論，這樣的行星需要的圓盤質(zhì)量至少是通常假設(shè)的10倍通過對行星形成盤的直接觀測.

一種不同的行星形成理論，引力不穩(wěn)定性- 圓盤中的氣體和塵埃經(jīng)歷直接坍縮形成行星 - 也很難解釋這樣一個沒有非常大的圓盤的行星的形成。

圍繞最常見恒星的行星

涼爽、暗淡的 M 星是我們銀河系中最常見的恒星.在DC漫畫傳說中，超人的家鄉(xiāng),行星氪星，圍繞一顆M矮星運行。.

天文學(xué)家從宜居帶行星探測器和其他儀器的發(fā)現(xiàn)中知道，在圍繞最大質(zhì)量的M星的近距離軌道上的巨型行星是至少稀有 10 倍比太陽星周圍的那些。

在發(fā)現(xiàn)LHS 3154b之前，我們還不知道在質(zhì)量最小的M恒星周圍的近距離軌道上有如此大質(zhì)量的行星。

了解行星是如何在我們最酷的鄰居周圍形成的，將有助于我們了解行星的一般形成方式，以及圍繞最多類型恒星的巖石世界是如何形成和演化的。這一系列研究還可以幫助天文學(xué)家了解M星是否能夠支持生命。

蘇夫拉特·馬哈德萬，Verne M. Willaman天文學(xué)與天體物理學(xué)教授，賓夕法尼亞州立大學(xué);Guemundur Kári Stefánsson，美國宇航局哈勃研究員，天體物理科學(xué)系，普林斯頓大學(xué)和梅根·德拉默， 天文學(xué)系研究生，賓夕法尼亞州立大學(xué)

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