科学家发现一颗巨型行星围绕一颗微小红矮星运行，这曾被认为是不可能发生的现象。这颗名为TOI-6894b的行星体积与土星相当，但其环绕的恒星质量仅为太阳的五分之一。该发现对行星形成理论——尤其是围绕小质量恒星的巨行星形成机制——提出了重大挑战。现有理论无法完全解释此类行星的成因。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稀有大气层，这是系外行星研究中前所未有的发现。
然而，正如今天发表在《自然·天文学》上的文章所述，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TOI-6894b的明确特征。
该系统是在爱德华·布莱恩特博士（Edward Bryant）领导下对TESS（凌星系外行星巡天卫星）数据开展大规模调查时发现的，旨在寻找围绕低质量恒星运行的巨行星。布莱恩特博士曾在华威大学和伦敦大学学院马拉德空间科学实验室完成这项工作。
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："这一发现令我非常兴奋。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，我利用世界最大望远镜之一——欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO's VLT）的观测数据，发现了TOI-6894b，这颗巨行星正在凌越迄今已知拥有此类行星的质量最小的恒星。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，但质量仅为土星的约50%。其宿主恒星（TOI-6894）是迄今发现拥有凌日巨行星的质量最小的恒星，其尺寸仅为此前已知拥有此类行星的最小恒星的60%。
华威大学副教授丹尼尔·贝利斯博士（Daniel Bayliss）表示："银河系中大多数恒星实际上正是此类小质量恒星，先前认为它们无法拥有气态巨行星。因此，这颗恒星拥有巨行星的事实，对我们估算银河系中巨行星总数具有重要意义。"
对主流理论的挑战
伦敦大学学院马拉德空间科学实验室的文森特·范·艾琳博士（Vincent Van Eylen）表示："这是个耐人寻味的发现。我们实在难以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，我们可以检验现有模型，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吸积理论。行星核首先通过吸积（物质逐渐累积）形成，随着核体质量增大，最终吸引气体形成大气层。当其质量足够大时，会进入失控气体吸积过程成为气态巨行星。
该理论认为，气态巨行星在低质量恒星周围更难形成，因为恒星原行星盘（行星形成的原材料）中的气体和尘埃总量过于有限，无法形成足够大的核体以触发失控吸积过程。
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，需要其他理论加以解释。
爱德华补充道："鉴于该行星的质量，TOI-6894b可能通过中间态核吸积过程形成——原行星形成后稳定吸积气体，但核体未达到触发失控气体吸积所需的临界质量。"
"或者，其形成可能源于引力不稳定的星盘。某些情况下，环绕恒星的星盘会因其自身引力作用变得不稳定，随后这些星盘可能发生碎裂，气体和尘埃坍缩形成行星。"
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个悬而未解的问题。
大气层蕴含答案
深入解析TOI-6894b大气层是揭示其形成之谜的途径之一。通过测量行星内部的物质分布，天文学家可确定其核心尺寸与结构，从而判断TOI-6894b是通过吸积还是不稳定性星盘形成的。
TOI-6894b大气层还有另一独特之处：作为气态巨行星，其温度异常低。系外行星猎手发现的巨行星多为热木星（温度约1000-2000开尔文的大型气态巨行星）。相比之下，TOI-6894b温度仅为420开尔文。较低的温度加之其他特征（如深度显著的凌星现象），使其成为天文学家研究低温大气层特性的最佳巨行星候选体之一。
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（Amaury Triaud）表示："基于TOI-6894b接收的恒星辐射，我们预期其大气层以甲烷化学为主导——这种特征极其罕见。其温度低到足以让我们在大气观测中探测到氨，这将是系外行星大气中首次发现氨的存在。"
"TOI-6894b很可能为研究甲烷主导型大气提供了基准系外行星样本，并成为探索太阳系外含碳、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。这将帮助天文学家确定现有理论中哪一种（如果有的话）能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·伊瓦涅斯大学教授安德烈斯·霍尔丹博士（Andrés Jordán）表示："该系统对行星形成模型提出了新挑战，并为后续观测以表征其大气特性提供了极具价值的目标。"
"这一发现源自我们在智利和英国持续数年开展的系统性研究计划。通过努力，我们为深入理解小质量恒星形成巨行星的频率做出了重要贡献，并为空间平台的后续观测提供了优选目标。"