全站搜尋 電子雜誌搜尋

AD

不錯過任何知識訊息,立即加入國家地理官方Telegram

Jul. 27 2020

已知最大岩質行星現身──40倍地球質量的怪異新行星!

1
  • 行星TOI-849b的直徑與海王星相當,但密度卻非常高,是顆距離母恆星很近的岩質行星。ILLUSTRATION BY MARK GARLICK, UNIVERSITY OF WARWICK

這個天體或許是失敗氣態巨行星的核心,並挑戰了天文學家對行星形成的認知。

在大約730光年外──這距離在我們的星系裡並不算太遠,有顆超級怪異的行星繞著一顆類似太陽的恆星公轉,這顆巨大的高密度行星與母恆星的距離相當近。無論是在我們自己的太陽系裡或是更遙遠的地方,天文學家都從未見過與這類似的天體。

這顆熾熱的行星名為TOI-849b,是我們目前所觀測到質量最大的岩質行星,裡頭塞滿了相當於40個地球的物質。令人費解的是,TOI-849b的超大體積暗示它應該是顆像木星一樣的巨大氣態行星,但它卻幾乎沒有大氣層。這種行星的誕生機制,挑戰了科學家對行星形成的理解。

「讓一顆行星變得跟TOI-849b一樣,質量那麼大又相當緻密,卻沒有成為氣態巨行星,是非常困難的。」英國華威大學研究系外行星的專家大衛.阿姆斯壯(David Armstrong)在電子郵件中寫道:「在行星形成的標準程序中,有東西出錯了。」由他擔任第一作者的論文對這顆新行星進行研究,並發表在7月1日出版的《自然》(Nature)期刊上。他和同事們認為,這是顆比木星還大的巨行星因失去外圍氣體而暴露出的核心。

AD

ads-parallax

「正是這些與眾不同的天體推動理論走得更遠,讓系外行星和行星科學領域如此讓人興奮,」這篇論文的共同作者──蘇黎世大學的拉維特.哈立德(Ravit Helled)說。

「這真是太奇怪了!」並未參與此研究的加州大學聖克魯茲分校(University of California Santa Cruz)地外行星實驗室(Other Worlds Laboratory)主任喬納森.福特尼(Jonathan Fortney)補充道:「但我也不確定它能告訴我們什麼。」

怪異行星與它的產地

過去十年間,行星獵人在浩瀚的銀河系裡發現了好幾千顆遙遠的行星。顯然大多數行星和地球很不一樣,而且可以分成兩類,一種是「熱木星」(hot Jupiter)──距離母恆星很近的氣態巨行星,另一種是「超級地球」(super-Earth)──比地球大但比海王星小的岩質行星。然而,TOI-849b不屬於這兩種分類中的任何一種。

這顆行星是由美國航太總署(NASA)專門用來搜索行星的太空望遠鏡「凌日系外行星巡天衛星」(Transiting Exoplanet Survey Satellite,簡稱TESS)所發現的,目前這個望遠鏡正在搜索離我們最近、最亮的20萬顆恆星。當這顆行星通過恆星盤面的前方時,會遮擋住一點點的星光。這樣轉瞬即逝的凌日現象,讓我們得知這顆行星每18小時會繞母恆星一圈,表面溫度高達攝氏1538度。

凌日系外行星巡天衛星的觀測結果還讓科學家推算出,這顆行星的直徑約為地球的3.4倍,或是海王星的85%,對距離恆星這麼近的行星來說,這麼大的體積很不尋常。目前天文學家在這麼接近母恆星處所觀測到的,主要都是熱木星或是非常小的超級地球,在所謂的「熱海王星沙漠」(hot-Neptune desert)中,沒有任何行星存在。

「其實那裡真的沒有這種質量的行星存在。」福特尼說道。TOI-849b的直徑恰好相當於熱海王星,但質量卻大了兩到三倍。

科學家利用智利拉西拉天文臺(La Silla Observatory)的「高精度徑向速度行星搜索器」(HARPS)觀測母恆星的重力擺動情況後發現,雖然TOI-849b的直徑與海王星差不多,但質量卻起碼是海王星的兩倍,這表示TOI- 849b的密度非常高。這顆行星或許有層稀薄的大氣層,成分可能是氫氣與氦氣,但這遠少於這麼重的行星所能留住的氣體量。

↑↑↑↑↑101科學教室:系外行星

哈立德說:「我們認為這顆行星是由金屬、矽酸鹽、水所構成,可能還有(非常)稀薄的大氣層。」

遠古的遺跡?

這些奇特的特性讓阿姆斯壯和他的同事認為這顆神祕行星很可能是一顆氣態巨行星的內核,而這顆氣態巨行星的質量理應變得比木星還要更重。我們太陽系裡的氣態巨行星很可能也擁有以岩石和獨特材料形成的緻密內核,但科學家認為其中沒有一顆行星的內核與TOI-849b類似。

「木星內核究竟有多重呢?即使是我們最好的推測仍然極為不確定,」阿姆斯壯說:「但最近的一些研究顯示其質量上限是25倍的地球質量,TOI-849b的質量甚至比這還要大。」

目前關於行星形成的理論認為,環繞新生恆星周圍的氣體和塵埃盤中存在著大量的微小岩石和冰粒,這些小種子聚合形成了行星。有些行星──像是地球,聚積的物質較少,於是形成了體積較小的行星;而有些行星則聚集了氣體,形成了大氣層極大的巨行星──像是木星和土星。

阿姆斯壯表示,當行星成長到約10倍的地球質量時,就會進入「失控氣體吸積」(runaway gas accretion)階段。此時,行星的重力會迅速拉攏周圍的氫氣和氦氣。一顆相當於40倍地球質量的行星,極有可能集聚了驚人的大量氣體──但TOI-849b現在的樣子並非如此。

哈立德說道:「我們已經可以說像TOI-849b這樣的行星相當罕見,但無論如何,它們的確存在。而我們得查清楚它們是如何形成的,原因又是什麼。」

有一種可能性,是TOI-849b在母恆星周圍的氣體中清出一道缺縫,耗盡了可聚集的物質而停止繼續成長。另一種可能性是TOI-849b的前身是顆不知為何失去了大氣層的巨行星,或許是因為它與母恆星的距離太近,但如果真的是這樣,行星科學家仍不清楚這顆行星是如何在數十億年內拋掉相當於數百倍地球質量的氣體。

第三種可能性是這顆行星曾在早期遭遇了大災難,比如與另一顆尺寸差不多的行星種子相撞,兩者的岩質行星內核都膨大並拋去了大氣層。

「我認為關鍵的線索在於TOI-849b處在海王星沙漠區,暗示這顆天體的歷史非常特殊。」阿姆斯壯說道:「對我而言,這代表行星形成可能還有更多與眾不同的方式。」

 

延伸閱讀:距離地球最近黑洞,原來就藏身這裡!尋找外星智慧生物就是我老爸開始的,天文學面貌也就此改變!

NOV. 2020

病毒重整世界

一場肺炎大流行,改變了什麼?

病毒重整世界

AD

熱門精選

AD

AD

Subscribe
立即訂閱
keyboard_arrow_up

AD

ad970250