在太阳系中,木星是最巨大的行星。它的半径是地球的11.2倍,达到了71492公里。

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即便如此,它和太阳相比,仍然只是个小不点。太阳的半径约为69.6万公里,几乎是木星的十倍。

这没什么不合理的,行星比恒星小得多是理所当然的。恰恰是因为这一点,当我们发现行星体型非常接近恒星的时候,就会觉得有些不可思议。

最近,天文学家在86光年外就发现了这样诡异的恒星-行星组合。

这颗恒星名为TOI-5205,是一颗红矮星,也就是宇宙中最小的一类恒星。它的半径只有太阳的40%左右,也就是只有木星的4倍左右,质量也只有太阳的39%。

和它相比,它的行星TOI-5205b就显得非常巨大了。观测结果表明,它的半径比木星大3%,质量也大了8%。换句话说,它的半径达到了宿主恒星的40%!这样接近的行星-恒星体型,是天文学家从来没有发现过的。

你可能会说:只不过是行星和恒星体型比较接近,赶巧了而已,有什么问题?

问题就在这,因为在现有的理论体系中,这个“巧”是赶不出来的。

根据目前的理论,恒星系统形成于一片原始星云中。当弥散在太空中的星际气体和尘埃在引力的作用下聚集在一起,并达到一定质量时,其核心处就会自发开始核聚变,一颗恒星就诞生了。

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在所有的恒星中,像TOI-5205这样的红矮星是最小的。如果一个天体的质量低于红矮星的下限,那么它最多也只能形成一颗褐矮星。红矮星的质量下限大约是木星的80倍,只有超过这个质量,才有可能在核心进行氢聚变反应,从而发光发热。

恒星不会吸收周围的所有物质,反而会在点亮之后喷发出强烈的恒星风,将周围的物质吹散。这些物质距离恒星不太远,它们会继续通过相似的过程吸积残余的物质,形成行星以及小行星等天体。

对于气体巨星来说,形成的条件更严苛。其原行星盘中至少要有差不多10倍地球质量的固体物质,形成行星的核心。为了防止新生恒星将这里的物质吹散,这个核心需要迅速在周围累积大气层,才能形成直径数万公里,并且气体厚度也达到数万公里的气体巨星。

问题就在这,这里既然只是形成了红矮星,就说明物质是比较匮乏的。这里的物质连供给恒星都有点吃力,怎么还有余力形成如此巨大的气体行星呢?

而且,它和宿主恒星之间的距离非常近,以至于只需要1.6个地球日就能完成一次公转。在这么近的距离下,形成这么巨大的行星就更让人感到不可思议了。

本次研究的参与者之一、美国卡内基科学研究所的天文学家Shubham Kanodia指出:如果原行星盘一开始没有足够的固体物质形成核心的话,就无法形成一颗气体巨星。或者是另一种情况,那就是核心还没来得及形成,原行星盘就被吹走了,也同样无法形成气体巨星。

对于TOI-5205b来说,就面临着这样的情况。按照现有的行星形成模型来看,它就不应该存在,属于一颗“被禁的”行星。

这还不是唯一的一组恒星-行星组合。在预印本平台arXiv上,还有一支科学团队发现了另外一对诡异的天体。一颗名为TOI-3235b的气体巨星,围绕着一颗红矮星公转。

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令人惊讶的是,TOI-3235b的质量是木星的66.5%,半径是木星的1.07倍;而它的宿主恒星TOI-3235半径只有太阳的37%左右,质量也只有太阳的39%。也就是说,这一组恒星和行星的体型也相当接近。并且TOI-3235b的公转周期只有2.6天,同样是非常靠近宿主恒星的。

还有2021年的时候,天文学家发现了一颗名为TOI-519b的巨大系外行星。它的半径是木星的1.07倍,质量更是达到了木星的14倍!相比之下,它的宿主恒星的质量和半径都只有太阳的37%左右。这么算下来,这颗行星的质量达到了宿主恒星的3.8%左右。同样的,它的公转周期也很短,只有1.27个地球日。

这几颗行星都是天文学家利用凌星法发现的,也就是通过它们遮挡宿主恒星的现象发现的。通过宿主恒星亮度的变化,天文学家就能判断这些行星的半径。同时,它们的引力还会对恒星的运行造成一定的干扰,通过这种影响,天文学家就能计算出它们的质量。

存在即合理,既然天文学家已经不止一次发现这种围绕红矮星公转,并且和恒星体型非常相似的行星,就证明宇宙中存在着一种特殊的机制,允许它们形成。这意味着天文学家需要继续完善现有的行星形成模型,解释它们的形成过程。

研究人员指出,好在这几颗行星都是利用凌星法发现的,这种行星的优势就是可以让我们利用光谱法进行更加深入的观测和分析。尤其人类现在有詹姆斯·韦布太空望远镜等强大的观测设备,可以了解这些行星的大气成分,这里或许就包含着一些人类需要的线索。