天文
棉花糖星球之谜
科学家发现了一个密度极低的巨型气态行星，其蓬松程度堪比棉花糖，挑战了现有行星形成理论。
一个由列日大学 EXOTIC 实验室研究人员领导的国际团队，与麻省理工学院和安达卢西亚天体物理研究所合作，刚刚发现了一个围绕类太阳恒星运行的超低密度巨型气态行星 WASP-193b。
这颗新行星位于距离地球 1200 光年之外，体积比木星大 50%，但质量只有木星的七分之一，使其密度极低，接近棉花糖的密度。
“WASP-193b 是迄今发现的密度第二低的系外行星，仅次于体积更小的开普勒-51d，”列日大学 EXOTIC 实验室博士后研究员、论文第一作者 Khalid Barkaoui 解释说。
“它极低的密度使其成为迄今发现的五千多颗系外行星中的一个真正异常体。即使在不存在的无内核结构假设下，标准的辐照气态巨星模型也无法解释这种极低的密度。”
这颗新行星最初是由“广域巡天系外行星计划”(WASP)发现的。WASP 是一个由学术机构组成的国际合作组织，共同运营着两个机器人天文台，一个位于北半球，另一个位于南半球。每个天文台都使用广角相机阵列来测量整个天空成千上万颗恒星的亮度。
在 2006 年至 2008 年以及 2011 年至 2012 年之间收集的数据中，WASP-South 天文台检测到来自恒星 WASP-193 的周期性凌星，或光线下降。天文学家确定，恒星亮度周期性下降与每 6.25 天有一颗行星从恒星前经过一致。科学家们测量了每次凌星时行星阻挡的星光量，这给了他们一个估计行星大小的方法。
然后，该团队使用位于智利阿塔卡马沙漠的 TRAPPIST-South 和 SPECULOOS-South 天文台(由列日大学的 FNRS 研究主任和天体物理学家 Michaël Gillon 主导)来测量不同波长的行星信号并验证食光体的行星性质。
最后，他们还使用位于智利(ESO)的 HARPS 和 CORALIE 光谱仪收集的光谱观测来测量行星的质量。
令他们惊讶的是，累积的测量结果揭示了该行星的极低密度。他们计算得出，它的质量和大小分别约为木星的 0.14 倍和 1.5 倍。由此得出的密度约为每立方厘米 0.059 克。
相比之下，木星的密度约为每立方厘米 1.33 克；而地球的密度则更实质为每立方厘米 5.51 克。与这种新的蓬松行星密度最接近的材料之一是棉花糖，其密度约为每立方厘米 0.05 克。
“这颗行星如此轻盈，以至于很难想到一种类似的固态物质，”麻省理工学院教授、论文合著者 Julien de Wit 说。“它接近棉花糖的原因是两者都几乎是空气。这颗行星基本上超级蓬松。”
研究人员怀疑这颗新行星主要由氢气和氦气组成，就像银河系中的大多数其他气态巨星一样。对于 WASP-193b，这些气体可能形成一个巨大的膨胀大气层，比木星自身的大气层延伸数万公里。一颗行星如何膨胀得如此之大，这是现有任何行星形成理论都无法回答的问题。这肯定需要将大量的能量沉积到行星的内部深处，但该机制的细节尚不清楚。
“我们不知道根据我们现在拥有的所有形成理论将这颗行星归类在哪里，因为它是一个异常体。我们无法解释这颗行星是如何形成的。更仔细地研究其大气层将使我们能够约束这颗行星的演化路径，”安达卢西亚天体物理研究所 (IAA-CSIC, 格拉纳达，西班牙) 的天文学家 Francisco Pozuelos 补充道。
“WASP-193b 是一个宇宙谜团。解决它需要更多的观测和理论工作，特别是使用 JWST 空间望远镜测量其大气特性，并将其与可能导致这种极端膨胀的不同理论机制进行比较，”Barkaoui 总结道。