

天文学家团队利用凌日系外行星巡天卫星 (TESS) 的数据,发现了一颗如此靠近其恒星的系外行星,以至于其表面可能是熔融的。这颗“超短周期”行星的轨道很紧密,一年只有八个小时——如果在那儿庆祝生日,会很快堆积起来,变得非常乏味。
这颗名为 GJ 367b 的系外行星,其宽度是地球的三分之二,属于难以捉摸的亚地(sub-Earth)类别。地球大小及更小的系外行星很难被探测到。目前常用的系外行星探测方法依赖于测量行星在横越其主恒星时阻挡的光量,或者观察恒星在行星绕其运行时发生的摆动。对于更小、更轻的行星来说,这两种特征都更难捕捉。GJ 367b 是少数几颗被如此精确表征的行星之一。
在这些微小的世界中,“我们的行星可能是少数几颗拥有精确质量和半径[测量值]的行星之一,”这使得该团队能够推测行星的内部结构,来自德国航空航天中心(DLR)的系外行星天文学家、该研究的首席研究员 Kristine Lam 说道。该研究于今日发表在《科学》杂志上。
GJ 367b 上大量的“准生日”实际上可能不成问题,因为该行星朝向太阳的一面表面温度超过 2600°F(约 1427°C)。Lam 表示,这个温度“接近金属开始熔化的温度”。
美国哈佛-史密森天体物理中心(Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)的や天体物理学家 Mercedes López-Morales 专门研究系外行星,她并未参与这项研究。她表示,GJ 367b 是一颗独特的行星,与科学家之前观测到的任何行星都不同。她还认为,该团队的探测结果很可靠。
该团队利用 TESS 确定了行星的大小,然后使用欧洲南方天文台(ESO)的地面仪器 HARPS,通过观察恒星的“摆动”来测量行星的质量。

图片来源:Vega 天文学协会/Nándor Dénes 和 Gabriella Balogh
对于一颗典型的恒星和系外行星,这些仪器可能没有足够的精度来测量一颗亚地系外行星。但在此案例中,科学家们很幸运;这颗主恒星是一颗红矮星,与其他恒星相比,它既明亮又小。Lam 表示,这两个属性都有助于使系外行星的信号脱颖而出。
该团队根据行星的半径和质量估算了其密度。天文学家无法直接测量如此遥远的行星的核心,但他们可以使用模型来推断其可能的内部分层。该团队认为 GJ 367b 的内部横截面很可能约有 86% 是铁。Lam 说,这与我们太阳系中的水星相似,水星的铁含量约为 83%。然而,López-Morales 指出,这颗行星的质量是水星的十分之一,因此它是独一无二的。
[相关:为什么超级地球大小的系外行星不多?天文学家认为他们找到了答案。]
Lam 计划申请使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的时间,以研究这颗行星可能拥有(如果有的)何种类型的大气层。López-Morales 表示,该行星最初的大气层应该早已消失,但其炽热表面上蒸发出的元素有可能形成次生大气层。
科学家们还没有足够的证据来确信 GJ 367b 这样的行星是如何形成的。López-Morales 表示,她认为这颗行星不太可能形成在如此靠近其恒星的位置,因为这个区域通常缺乏足够的物质来形成行星。
它可能最初是类地行星,但其岩石地幔被一次巨大的撞击炸开了——López-Morales 认为,这可能涉及两颗较小的行星,它们 scattering 了它们的地幔并合并成一颗。或者,它可能是一颗被恒星光线剥离的、更大的气态行星的残余。
但未参与该研究、在哈佛大学地球与行星科学系研究系外行星的 Li Zeng 认为,认为行星无法如此靠近恒星形成,是基于某些行星形成模型,而非直接证据。他表示,“坦率地说,我们不知道。”
López-Morales 说,如果这颗行星曾经是一颗气态巨行星,无论它在哪里形成的,这都可能极大地改变科学家对气态行星结构的理解,因为它“暗示了气态巨行星实际上拥有重元素核心”。
更正,2021 年 12 月 3 日:本文的先前版本错误地将 López-Morales 的工作机构称为哈佛-史密森天体物理中心。该中心现在实际上更名为哈佛-史密森天体物理中心(Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)。