科学家发现一颗巨大行星围绕着一颗小型红矮星运行，这种现象曾被普遍认为不可能存在。这颗名为TOI-6894b的行星体积接近土星，却围绕着一颗质量仅为太阳五分之一的小型恒星运转。该发现颠覆了关于行星形成机制（特别是小型恒星周围巨行星形成）的长期认知，现有理论无法完全解释此类行星的形成过程。更令人惊奇的是，这颗寒冷行星可能拥有富含甲烷甚至氨的独特大气层——这是人类首次在系外行星中发现此类大气特征。
然而，正如今日发表在《自然·天文学》(Nature Astronomy)上的研究所述，一个国际天文学家团队发现了围绕这颗微小恒星运行的巨行星的确凿特征，该行星被命名为TOI-6894b。
该系统的发现是爱德华·布莱恩特博士（Edward Bryant）领导的一项大规模TESS（凌星系外行星巡天卫星）数据调查的一部分，目的是寻找低质量恒星周围的巨行星。布莱恩特博士在完成这项工作时任职于华威大学和伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室。
论文第一作者、华威大学天体物理学奖研究员爱德华·布莱恩特博士表示：“我对这一发现感到非常兴奋。我最初筛选了TESS对超过91,000颗低质量红矮星的观测数据，以寻找巨行星。”
“随后，利用世界上最大的望远镜之一——欧洲南方天文台的甚大望远镜（ESO's VLT）的观测数据，我发现了TOI-6894b，这是一颗围绕迄今已知拥有此类行星的最小质量恒星运行的巨行星。我们未曾预料到像TOI-6894b这样的行星能在如此低质量的恒星周围形成。这一发现将成为理解巨行星形成极限的基石。”
该行星（TOI-6894b）是一颗低密度气态巨行星，半径略大于土星，但质量仅为土星质量的约50%。其母恒星（TOI-6894）是迄今发现拥有凌日巨行星的质量最小的恒星，其大小仅为次小此类宿主恒星的60%。
华威大学副教授丹尼尔·贝利斯博士（Daniel Bayliss）评论道：“我们银河系中的大多数恒星实际上正是像这样的小质量恒星，此前认为它们无法拥有气态巨行星。因此，这颗恒星拥有一颗巨行星的事实，对我们估算银河系中存在的巨行星总数具有重大意义。”
对主流理论的挑战
伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室的文森特·范·艾琳博士（Vincent Van Eylen）表示：“这是一个耐人寻味的发现。我们并不真正理解一颗质量如此小的恒星如何能形成如此巨大的行星！这正是搜寻更多系外行星的目标之一。通过发现不同于我们太阳系的行星系统，我们可以检验模型并更好地理解太阳系自身的形成过程。”
最广为接受的行星形成理论称为核心吸积理论。行星核心首先通过吸积（物质逐渐积累）形成，随着核心质量增大，最终吸引气体形成大气层。当其质量足够大时，会进入失控的气体吸积过程，从而演变成一颗气态巨行星。
根据该理论，气态巨行星更难在低质量恒星周围形成，因为恒星周围原行星盘（行星形成的原材料）中的气体和尘埃量过于有限，不足以形成足够巨大的核心并引发失控过程。
然而，TOI-6894b（一颗围绕极低质量恒星运行的巨行星）的存在表明该模型可能不完全准确，需要其他理论进行解释。
爱德华补充道：“考虑到TOI-6894b的质量，它可能通过中间过程的核心吸积形成：首先形成一个原行星胚胎，然后稳定地吸积气体，而无需核心质量达到引发失控气体吸积的程度。”
“或者，它可能是由于引力不稳定盘而形成。在某些情况下，环绕恒星的气体盘会因其自身引力作用变得不稳定。这些盘随后可能碎裂，气体和尘埃坍塌形成行星。”
但研究团队发现，基于现有数据，这两种理论都无法完全解释TOI-6894b的形成，因此这颗巨行星的起源目前仍是一个悬而未决的问题。
大气层提供的线索
揭示TOI-6894b形成之谜的一个途径是进行详细的大气分析。通过测量行星内部物质的分布，天文学家可以确定行星核心的大小和结构，从而揭示TOI-6894b是通过吸积还是不稳定盘形成的。
TOI-6894b的大气层并非仅有这一处有趣特征；作为一颗气态巨行星，它的温度异常之低。系外行星搜寻中发现的大多数气态巨行星是热木星，即温度约为1000-2000开尔文的大质量气态巨行星。相比之下，TOI-6894b的温度仅为420开尔文。其低温特性以及极深的凌日深度等其他特征，使其成为天文学家表征具有冷大气层的巨行星中最具前景的目标之一。
伯明翰大学教授、论文合著者、SPECULOOS合作项目成员阿莫里·特里奥（Amaury Triaud）表示：“基于TOI-6894b接收的恒星辐射，我们预计其大气层以甲烷化学为主导，而这是极其罕见的可识别特征。其温度足够低，大气观测甚至可能探测到氨的存在——这将是在系外行星大气中首次发现氨。”
“TOI-6894b很可能为研究甲烷主导的大气层提供了一个基准系外行星样本，也是研究太阳系外含碳、氮、氧元素行星大气的最佳‘实验室’。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）已计划在未来12个月内对TOI-6894b的大气层进行观测。这将帮助天文学家判定哪一种可能成立的（或两者皆否）理论能够解释这颗意外行星的形成。
论文合著者、千年天体物理研究所研究员、阿道夫·伊巴涅斯大学教授安德烈斯·霍尔丹博士（Andrés Jordán）总结道：“该系统为行星形成模型提出了新的挑战，并为后续观测以表征其大气层提供了一个非常有趣的目标。”
“这项发现是我们从智利和英国持续数年开展的一项系统性项目的成果。我们的努力为更好地理解小质量恒星形成巨行星的频率做出了重要贡献，并为基于太空平台的后续观测提供了主要目标。”