行星对于太阳来说太大的发现推翻了太阳系形成模型

宾夕法尼亚州立大学公园分校——宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，发现一颗对于其太阳而言质量太大的行星，这让人们对之前对行星及其太阳系形成的理解产生了疑问。

今天(11 月 30 日)在线发表在《 科学》杂志上的一篇论文中，研究人员报告称，他们发现了一颗质量超过地球 13 倍的行星，围绕“超冷”恒星 LHS 3154 运行，而该恒星本身的质量比太阳小 9 倍。新发现的行星与其主恒星的质量比比地球和太阳的质量比高100多倍。

这一发现揭示了已知质量最大的行星，位于围绕超冷矮星的近距离轨道上，这是宇宙中质量最小、温度最冷的恒星。这一发现与当前关于小恒星周围行星形成的理论预测相反，并且标志着首次发现具有如此大质量的行星绕着如此低质量的恒星运行。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学凡尔纳·M·威拉曼教授、该论文的合著者苏夫拉斯·马哈德万 (Suvrath Mahadevan) 说：“这一发现确实让我们认识到，我们对宇宙知之甚少。” “我们不会想到在如此低质量的恒星周围存在如此重的行星。”

他解释说，恒星是由大量气体和尘埃云形成的。恒星形成后，气体和尘埃仍以物质盘形式围绕新生恒星运行，最终会发展成行星。

“低质量恒星 LHS 3154 周围的行星形成盘预计不会有足够的固体质量来形成这颗行星，”马哈德万说。“但它就在那里，所以现在我们需要重新审视我们对行星和恒星如何形成的理解。”

研究人员使用马哈德万领导的一组科学家在宾夕法尼亚州立大学建造的天文摄谱仪发现了这颗名为 LHS 3154b 的超大行星。该仪器被称为“宜居带行星探测器”(HPF)，旨在探测围绕太阳系外最冷恒星运行的行星，这些行星的表面可能存在液态水(生命的关键成分)。

虽然此类行星在像太阳这样的恒星周围很难被探测到，但超冷恒星的低温意味着表面能够存在液态水的行星相对于地球和太阳来说距离恒星更近。马哈德万解释说，这些行星与其恒星之间的距离较短，再加上超冷恒星的低质量，导致可检测到的信号宣告了行星的存在。

“想象一下，星星是篝火。火冷却得越多，你就越需要靠近火来取暖，”马哈德万说。“对于行星来说也是如此。如果恒星较冷，那么行星需要更靠近该恒星才能足够温暖以包含液态水。如果一颗行星的轨道与其超冷恒星足够近，我们可以通过观察恒星光谱或光的颜色在被绕轨道运行的行星牵引时发生的非常微妙的变化来检测它。”

HPF 位于德克萨斯州麦克唐纳天文台的霍比-埃伯利望远镜内，可以对来自附近恒星的此类透视 信号进行迄今为止最高精度的测量。

NASA 的 Guðmundur Stefánsson 表示：“利用 HPF 进行这一发现非常特别，因为它是我们从头开始设计、开发和建造的一种新仪器，目的是观察质量最低恒星周围的未知行星群。”普林斯顿大学天体物理学萨根研究员和该论文的主要作者，他帮助开发了 HPF 并在宾夕法尼亚州立大学担任研究生时从事这项研究。“现在我们正在收获回报，了解围绕一些最近恒星运行的令人兴奋的行星群的新的和意想不到的方面。”

Stefánsson 解释说，该仪器已经提供了发现和确认 新行星的关键信息，但 LHS 3154b 行星的发现超出了所有人的预期。

宾夕法尼亚州立大学天文学研究生、该论文的合著者梅根·德拉默 (Megan Delamer) 表示：“根据目前使用 HPF 和其他仪器进行的调查工作，像我们发现的这样的物体可能极其罕见，因此探测到它确实令人兴奋。”纸。“我们目前的行星形成理论很难解释我们所看到的情况。”

德拉默解释说，就发现的围绕 LHS 3154 恒星运行的大质量行星而言，团队测量推断出的重行星核心在行星形成盘中需要比当前模型预测的更多的固体材料。这一发现还对先前对恒星形成的理解提出了质疑，因为像 LHS 3154 这样的恒星周围的星盘(当它们年轻且刚刚形成时)的尘埃质量和尘埃与气体的比率需要高出 10 倍。比观测到的要形成一颗与团队发现的行星一样大的行星还要大。

“我们的发现为所有现有的行星形成理论提供了一个极端的测试案例，”马哈德万说。“这正是我们建造 HPF 的目的，探索银河系中最常见的恒星如何形成行星，并找到这些行星。”

该论文的其他宾夕法尼亚州立大学作者包括埃里克·福特 (Eric Ford)、布里安娜·扎瓦兹基 (Brianna Zawadzki)、弗雷德·哈蒂 (Fred Hearty)、安德里亚·林 (Andrea Lin)、劳伦斯·拉姆齐 (Lawrence Ramsey) 和杰森·赖特 (Jason Wright)。该论文的其他作者包括普林斯顿大学的 Joshua Winn、莱顿大学的 Yamila Miguel、加州大学欧文分校的 Paul Robertson、加州大学的 Rae Holcomb、卡内基科学研究所的 Shubham Kanodia、Caleb Cañas宇航局戈达德太空飞行中心的研究员、印度塔塔基础研究所的 Joe Ninan、卡尔顿学院的 Ryan Terrien、德克萨斯大学奥斯汀分校的 Brendan Bowler、William Cochran、Michael Endl 和 Gary Hill、亚利桑那大学的 Chad Bender 、科罗拉多大学的 Scott Diddams、Connor Fredrick 和 Andrew Metcalf、加州理工学院喷气推进实验室的 Samuel Halverson、亚利桑那大学的 Andrew Monson、约翰霍普金斯大学的 Arpita Roy、澳大利亚麦考瑞大学的 Christian Schwab、以及德克萨斯大学奥斯汀分校霍比-埃伯利望远镜的格雷戈里·蔡曼 (Gregory Zeimann)。

这项工作由宾夕法尼亚州立大学系外行星和宜居世界中心、宾夕法尼亚太空资助联盟、国家航空航天局、国家科学基金会和海辛-西蒙斯基金会资助。

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