近期由芝加哥大學的Michael Zhang領導的研究團隊利用美國航太總署（NASA）的詹姆斯．韋伯太空望遠鏡觀測到了一種罕見的系外行星，其大氣成分挑戰了我們對它如何形成的理解。這顆編號PSR J2322-2650b的木星級質量天體似乎擁有以氦和碳為主的奇特大氣層，碳質的煙塵雲可能漂浮在它的大氣中。這顆行星的大氣成分不僅前所未見，我們對於它如何形成仍是未知。相關論文於2025年12月發表在《天文物理學雜誌快報》（The Astrophysical Journal Letters）上。
PSR J2322-2650b的母星並非恆星，而是一顆脈衝星。脈衝星是一種快速旋轉的中子星。這種中子星會以毫秒到秒的間隔規律從其磁極發射電磁波束，這些電磁波束只有當它們直接指向地球時才能被觀測到，再加上它的磁軸和自轉軸往往不平行，讓它們看起來就像宇宙中的燈塔光束一樣。
有趣的是這顆毫秒脈衝星發射的電磁波主要集中在γ射線，並包含其他高能量粒子。這些高能量電磁波對專門觀察紅外線的韋伯望遠鏡來說是無法觀測的，但被脈衝星照亮、加熱的行星卻能被韋伯望遠鏡看到。也就是說，不像一般系外行星觀測時容易被其母星干擾，在韋伯望遠鏡眼中只會看到從PSR J2322-2650b發出的紅外線，讓我們可以得到它非常純淨的光譜資料。
經過分析之後，研究團隊發現這顆行星距離其母星異常近，大約地球到太陽的距離的1%。因此這顆系外行星的公轉週期僅需約7.8小時，來自脈衝星的潮汐力正將這顆行星拉成一個奇特的檸檬形狀。此外，科學家們從其大氣光譜中並沒有發現系外行星上常見的分子，如水、甲烷和二氧化碳，而是發現了碳的同素異形體，如雙原子碳和三原子碳。
碳的同素異形體非常特殊，因為在行星接近母星的高溫環境下，如果大氣中存在其他元素，碳會傾向與它們結合。而在PSR J2322-2650b的大質量所致的龐大大氣壓力下，碳甚至有機會在其內部形成鑽石。在天文學家研究過的太陽系內外大約150顆行星中，沒有其他行星存在可被偵測到的碳的同素異形體。
儘管科學家懷疑PSR J2322-2650b前身是恆星，只是物質被母星吸收和剝離，但核融合的過程中並不會產生純粹的碳。現今所認知的行星形成模型，也完全無法解釋木星級行星如何產生碳質大氣。雖然這顆行星上還有許多謎團，但參與研究的科學家認為「不知道所有事情也都挺好的。我很期待能對奇特的大氣有更多了解。有這樣一個謎題可以解開，感覺很棒。」
資料來源：
- NASA’s Webb Observes Exoplanet Whose Composition Defies Explanation - NASA Science
- [2509.04558] A carbon-rich atmosphere on a windy pulsar planet
文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。
