天文学家刚刚发现一颗不应存在的巨行星

然而，正如今天发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）上的论文所述，一个国际天文学家团队发现了一个名为TOI-6894b的巨行星围绕这颗微小恒星运行的确凿证据。

该系统是在爱德华·布莱恩特博士（Dr. Edward Bryant）领导的一项大规模研究工作中发现的，该工作旨在通过分析TESS（凌星系外行星巡天卫星）的数据，寻找围绕低质量恒星运行的巨行星。布莱恩特博士在华威大学和伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室完成了这项工作。

论文第一作者、华威大学天体物理学奖获得者爱德华·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，寻找巨行星。"

"随后，利用世界最大望远镜之一——欧洲南方天文台甚大望远镜(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，其半径略大于土星，但质量仅为土星的约50%。其宿主恒星（TOI-6894）是迄今发现的拥有凌日巨行星的质量最小的恒星，其大小仅为此类行星次小宿主恒星的60%。

华威大学副教授丹尼尔·贝利斯博士（Dr. Daniel Bayliss）表示："银河系中的大多数恒星实际上正是像这样的低质量小恒星，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要意义。"

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（Dr Vincent Van Eylen）表示："这是一个耐人寻味的发现。我们并不真正理解如此小质量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。通过发现不同于太阳系的行星系统，我们可以检验模型并更好地理解自身太阳系的形成过程。"

最广为接受的行星形成理论称为“核心吸积理论”。行星核首先通过吸积（物质的逐渐积累）形成，随着核心质量增大，最终吸引气体形成大气层。当质量足够大时，便进入失控的气体吸积过程，从而形成气态巨行星。

根据该理论，在低质量恒星周围形成气态巨行星更为困难，因为围绕恒星的原始行星盘（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以触发失控过程。

然而，TOI-6894b（一颗围绕极低质量恒星运行的巨行星）的存在表明该模型并非完全准确，需要替代理论。

爱德华补充道："考虑到该行星的质量，TOI-6894b可能通过一种中间核心吸积过程形成：在此过程中，原行星形成并稳定吸积气体，而核心并未达到足以引发失控气体吸积的质量极限。"

"或者，它也可能是由于引力不稳定的星盘形成的。在某些情况下，围绕恒星的星盘会因其自身引力作用而变得不稳定。这些星盘随后可能碎裂，导致气体和尘埃塌缩形成行星。"

但研究团队发现，现有数据下两种理论均无法完全解释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。

来自大气的答案

阐明TOI-6894b形成之谜的一个途径是进行详细的大气分析。通过测量行星内部的物质分布，天文学家可以确定其核心的大小和结构，从而揭示TOI-6894b是通过吸积还是不稳定星盘形成的。

大气分析并非TOI-6894b唯一有趣的特征：作为一颗气态巨行星，其温度异常的低。系外行星猎手发现的大多数气态巨行星是热木星，即温度约为1000-2000开尔文的巨大气态行星。相比之下，TOI-6894b的温度仅为420开尔文。低温加之该行星的其他特征（如极深的凌日深度），使其成为天文学家研究低温大气特征最具前景的巨行星之一。

伯明翰大学教授、论文合著者、SPECULOOS合作组织成员阿莫里·特里奥（Professor Amaury Triaud）表示："基于TOI-6894b接收的恒星辐射，我们预计其大气以甲烷化学为主，而这极其罕见。温度足够低，大气观测甚至可能检测到氨，这将是首次在系外行星大气中发现氨。"

"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，并成为研究太阳系外含碳、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的大气进行观测。这将使天文学家能够判定哪一种可能的理论（或者两者都不是）可以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（Dr. Andrés Jordán）表示："该系统对行星形成模型提出了新挑战，并为其大气表征后续观测提供了非常有趣的目标。"

"这一发现是我们数年来在智利和英国持续开展系统性研究项目的成果。我们的努力为深入了解小质量恒星形成巨行星的频率做出了显著贡献，并为基于空间平台的后续研究提供了首要目标。"