本文最初发表于 The Conversation。
想象一下，你是一名农民，正在鸡舍里寻找鸡蛋——但你找到的不是鸡蛋，而是一个鸵鸟蛋，比任何一只母鸡能下的蛋都要大得多。
这有点像我们天文学家团队在今年早些时候发现一颗质量是地球13倍以上、围绕着一颗暗淡低温的红矮星（其质量是地球太阳的九分之一）运行的巨型行星时的感受。这是一颗本不该存在的行星。
这颗较小的恒星，被称为M型星，不仅比地球太阳系的恒星小，而且亮度低100倍。这样一颗恒星应该没有足够的物质在其行星形成盘中孕育出如此巨大的行星。
宜居带行星探测器
在过去十年里，我们的团队在宾夕法尼亚州立大学设计并建造了一种新仪器，能够探测到这些暗淡低温恒星在人眼敏感度范围之外的近红外波长下的光线——这些暗淡低温恒星大部分光线在此波段辐射。
我们的仪器被命名为宜居带行星探测器，安装在德克萨斯州西部的10米哈勃-埃伯利望远镜上。它可以测量恒星因行星引力拉扯而产生的速度的微小变化。这种称为多普勒视向速度的技术，非常适合探测系外行星。
“系外行星”是“extrasolar”（太阳系外）和“planet”（行星）的组合词，因此该术语适用于围绕除地球太阳之外的任何恒星运行的类行星天体。
三十年前，多普勒视向速度观测促成了51 Pegasi b的发现，这是第一颗已知的绕类太阳恒星运行的系外行星。在接下来的几十年里，像我们这样的天文学家改进了这项技术。这些越来越精确的测量有一个重要目标：能够发现位于宜居带中的岩石行星，宜居带是指恒星周围液态水可以在行星表面维持的区域。
多普勒技术目前尚不具备探测到围绕太阳大小的恒星运行的、地球质量的宜居带行星的能力。但暗淡低温的M型星对于同等大小的地球行星会产生更大的多普勒信号。恒星质量较低，受轨道行星的引力拉扯就越大。而较低的亮度导致宜居带更靠近恒星，轨道周期也更短，这使得行星更容易被探测到。
围绕这些较小恒星运行的行星是我们团队设计宜居带行星探测器来发现的目标。我们新发现的、围绕暗淡低温M型星LHS 3154近距离运行的巨型行星——也就是鸡舍里的鸵鸟蛋——的研究成果，发表在《科学》杂志上，这真是一个意外的惊喜。
LHS 315b：本不该存在的行星
行星在由气体和尘埃组成的盘状结构中形成。这些盘状结构将尘埃颗粒聚集在一起，尘埃颗粒逐渐增大形成卵石，最终结合形成一个固态的行星核心。一旦核心形成，行星就可以通过引力吸积周围的固态尘埃以及氢和氦等气体。但它需要大量的质量和物质才能成功做到这一点。这种行星形成方式被称为核心吸积。
像LHS 3154这样质量较低的恒星，其质量是太阳的九分之一，应该有一个相应质量较低的行星形成盘。
对于这样一颗低质量恒星来说，一个典型的行星形成盘本应没有足够的固态物质或质量来形成一个足够重的核心，从而创造出这样一颗行星。根据我们团队进行的计算机模拟，我们得出结论，这样一颗行星需要一个质量至少是直接观测行星形成盘所得出典型假设的10倍的行星形成盘。
另一种行星形成理论——引力不稳定性——即盘状结构中的气体和尘埃直接坍缩形成行星——在没有极其巨大的行星形成盘的情况下，也很难解释这样一颗行星的形成。
围绕最常见恒星的行星
暗淡低温的M型星是我们银河系中最常见的恒星。在DC漫画传说中，超人的家园氪星（Krypton）就围绕着一颗M矮星运行。
根据宜居带行星探测器和其他仪器的发现，天文学家们知道，围绕质量最大的M型星运行的、近距离轨道上的巨型行星比围绕类太阳恒星运行的巨型行星稀有至少10倍。而且，我们此前并不知道有任何如此巨大的行星在质量最小的M型星上拥有近距离轨道——直到LHS 3154b被发现。
了解行星如何在离我们最近的这些恒星周围形成，将有助于我们理解行星的形成机制以及最常见的恒星类型周围的岩石世界是如何形成和演化的。这项研究还可以帮助天文学家了解M型星是否能够支持生命。
撰写：Suvrath Mahadevan, Guðmundur Kári Stefánsson, and Megan Delamer.
