如果“棉花糖”行星实际上是戒指糖果呢?

在我们的太阳系之外,存在着一系列与我们在太阳周围看到的任何行星都不同的行星。在宇宙的糖果店里,有戒指糖(不如土星壮观的版本)、热太妃糖(类似木星的行星,靠近恒星且炙热),甚至还有棉花糖行星(巨大的蓬松气态巨行星,其密度实际上与你吃的棉花糖相当!)。

这些密度极低的棉花糖系外行星——被称为超蓬松行星——对于试图弄清楚行星如何形成的が天文学家来说是个大谜团。而且,根据一项新研究,其中一些可能实际上并没有那么蓬松。


“要形成如此蓬松的行星非常困难,”耶鲁大学が天文学家、新研究的主要作者Tiger Lu说。“关于气态巨行星形成的传统观点是,行星以岩石核心开始,然后通过引力吸引并吸积周围的气体……事实证明,在这种标准模型中,几乎不可能吸积足够的气体来产生这些棉花糖般世界的必要气体与岩石比例。”

靠近恒星的超蓬松行星可能是恒星加热行星大气并使其膨胀的结果。但是,有一些奇怪的超蓬松行星离它们的恒星太远,无法通过这种加热来解释。一个例子是 HIP 41378 f 行星,这是一颗气态巨行星,围绕着一颗距离地球约 350 光年、几乎与太阳相似的恒星运行,轨道周期为三年。“对于这个世界来说,没有一个公认的蓬松机制是哪怕沾边的,” Lu 解释道。

需要注意的是,棉花糖世界的所谓超低密度来自对凌星深度的测量,即行星在经过其恒星前方时阻挡的光量。这个量与行星的大小成正比——行星越大,阻挡的光越多,反之亦然。但如果行星实际上并没有那么大,而是有其他东西挡住了光呢?

“在我们太阳系中,足够大的行星通常都伴有行星环和卫星,”堪萨斯大学が天文学家 Yoni Brande(未参与此项新研究)解释道。“那么,为什么我们不尝试看看它们是否能解释我们已经获得的一些奇怪的系外行星数据呢?”

Lu 的研究表明,HIP 41378 f 曾受到引力的扰动,使其侧倾,从而方便地使我们能够看到其行星环,就像在凌星时会显得行星更大一样。“如果行星没有倾斜,我们将侧看这些薄环,几乎无法看到它们,” Lu 说。

有趣的是,非常靠近恒星的行星无法以相同的方式倾斜,这意味着那些特定的超蓬松行星很可能可以通过更传统的加热理论来解释,而不是行星环。“所以,超蓬松行星距离其主恒星越远,行星环假说就越有可能成立,” Lu 补充道。

Saturn's Atmospheric Changes
土星大气变化。图片来源:NASA NASA/JPL

不过,这些行星环并不像土星标志性的光环那样壮观。为了解释 HIP 41378 f 的观测结果,你只需要土星环大小的一半左右。此外,土星环是冰的,这使得它们闪闪发光,形成了我们熟悉和喜爱的环状行星。而 HIP 41378 f 位于其宇宙邻域中温度高得多的区域,因此其行星环更有可能是岩石的,因此不够明亮和令人兴奋。

与天文学的大多数领域一样,詹姆斯·韦伯空间望远镜 (JWST) 很可能会在这里产生巨大影响。作者们提出,JWST 实际上可以在未来几年内验证这个特定的超蓬松行星实际上是带环的、并非如此蓬松的行星的假说。而且,其他恒星周围也正在进行更多的超蓬松行星观测,以帮助解开这些奇怪的系外行星的奥秘。“虽然我认为 JWST 尚未计划对 HIP 41378 f 进行任何观测,但一些其他类似的超蓬松行星已经得到了观测,那些结果应该很快就会公布,” Brande 补充道。

 

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Briley Lewis

撰稿人

Briley Lewis 博士(她/她)是一位自由撰稿的科学作家和天文学家。在 Twitter @briles_34 上关注她,或访问她的网站 www.briley-lewis.com。


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