好大的“棉花糖”！独特的“棉花糖”行星是怎么形成的？
Science_北京
不惧过往，不畏将来！01-21 10:05
研究人员发现，巨大的系外行星WASP-107b的内核质量远低于预期。研究人员推测，气态巨行星的形成可能比预期中容易得多。
系外行星WASP-107b及其恒星WASP-107的艺术处理图。WASP-107的部分光束穿过了WASP-107b的延伸气体层。
《天文学期刊》于1月18日发文称，加拿大蒙特利尔大学的研究人员发现：巨大系外行星WASP-107b的内核质量远低于巨行星模型预估的质量。
据此，蒙特利尔大学系外行星研究所（iREx）博士生Caroline Piaulet推测，气态巨行星的形成可能比预期中容易得多。
“新研究解决了有关巨大行星如何形成并成长的基础问题。”Piaulet说，“它为我们提供了具体证据，证实比预期质量小得多的行星内核，仍可以触发气体层的大规模膨胀。”
2017年，科学家在WASP-107附近首次探测到了WASP-107b。WASP-107b非常靠近其中心恒星，两者的距离仅为地日距离的十六分之一。
WASP-107b与木星体积相仿，其质量却只有木星的十分之一（地球的30倍），是已知密度最小的系外行星之一。因此，天体物理学家将其称为“超蓬松”（或“棉花糖”）行星。
研究人员分析后得出结论：要达到这么低的密度，WASP-107b必定有一个地球质量四倍左右的固态内核——这意味着环绕固态核的浓厚气体层占据了超过85%的行星质量。
相比之下，与WASP-107b质量相似的海王星，其气体层质量只占总质量的5%~15%。
Piaulet说：“我们对WASP-107b产生了很多疑问。如此低密度的行星是如何形成的？在距离恒星这么近的条件下，它是如何防止气体层散逸的？这些疑问促使我们对WASP-107b进行彻底分析，以求确定其形成历史。”
行星形成于原行星盘（恒星周围的气体及尘埃圆盘）之中。科学家们根据木星和土星构建了关于气态巨行星形成的经典模型。这些巨行星需要拥有至少十倍地球质量固态内核，来保证在原行星盘消散之前积累大量气体。如果没有巨大的内核，气态巨行星就无法跨越必要的临界门槛，保住它们巨大的气体层。
那么，如何解释WASP-107b的存在呢？它的内核质量比模型值小得多。
麦吉尔大学教授、iREx成员Eve Lee提出了若干假设。她说：“对于WASP-107b而言，最可能的情况是，这颗行星在远离恒星的地方形成。在那里，原行星盘中的气体温度非常低，能够迅速地完成气体吸积。后来，通过与原行星盘或其他行星的相互作用，这颗行星迁移到了当前位置。”
夏威夷的凯克天文台。
得益于凯克天文台对WASP-107系统的长期观测，Piaulet等人发现了另一颗也许能支持上述理论的行星WASP-107c。它的偏心率很高，因此围绕恒星运行的轨道更趋近椭圆形。
Piaulet说：“WASP-107c保留了某些系统记忆，它的轨道偏心率暗示了其混乱的历史。它可能与WASP-107b一样，因为行星间的相互作用而出现了重大位移。”
除了形成历史之外，WASP-107b这颗蓬松星球还萦绕着许多其他谜团：比如，其甲烷含量很低。“这很奇怪，因为这种类型的行星的甲烷含量应该很高。”Piaulet说，“我们现在正在重新分析哈勃望远镜的观测结果，并对甲烷的缺失机制展开研究。”
Piaulet表示，2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜或将提供关于这颗行星大气组成的更精确信息。她说：“太阳系中没有像WASP-107b这样的系外行星。这让我们能够更好地理解行星形成的一般机制，以及由此产生的各种系外行星。”
（部分图片来源于网络）
◎编译 | 雷鑫宇
◎审稿 | 西莫
◎责编 | 陈之涵
◎期刊来源 | 《天文学期刊》
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