科学家发现一颗巨型行星围绕小型红矮星运行，这完全颠覆了此前认为不可能存在的认知。这颗编号TOI-6894b的行星体积与土星相当，却环绕着一颗质量仅为太阳五分之一的恒星运行。该发现挑战了长期以来关于行星（尤其是围绕小质量恒星形成的行星）体积上限的理论框架。现有理论模型无法完全解释此类巨行星的形成机制。更令人着迷的是，这颗寒冷行星可能拥有富含甲烷甚至氨气的大气层——这种特殊的大气组成在系外行星探测史上尚属首次发现。
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颗名为TOI-6894b的巨大行星围绕这颗微小恒星运行的明确信号。
该系统的发现源于一项大规模调查TESS（凌日系外行星巡天卫星）数据的工作，旨在寻找围绕低质量恒星运行的巨行星。这项研究由爱德华·布莱恩特博士（Dr. Edward Bryant）领导，他于华威大学（The University of Warwick）和伦敦大学学院（UCL）马拉德空间科学实验室（Mullard Space Science Laboratory）完成了这项工作。
该论文第一作者、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。最初，我筛选了TESS对超过91,000颗低质量红矮星的观测数据来寻找巨行星。
“随后，借助世界上最大的望远镜之一——欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO's VLT）——的观测，我发现了TOI-6894b。这是一颗凌星的巨行星，其宿主恒星是目前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。此项发现将成为理解巨行星形成极限的基石。”
该行星（TOI-6894b）是一颗低密度的气态巨行星，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星巨行星的质量最小的恒星，其大小仅为次小的此类行星宿主恒星的60%。
华威大学副教授丹尼尔·贝利斯博士（Dr. Daniel Bayliss）表示：“我们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大意义。”
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·艾伦博士（Dr Vincent Van Eylen）说：“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，并更好地理解我们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。当达到足够质量后，便进入失控气体吸积过程，从而形成气态巨行星。
根据该理论，气态巨行星在低质量恒星周围更难形成，因为恒星周围的原始行星盘（行星形成的原材料）中的气体和尘埃总量过于有限，不足以形成足够大的核心并引发失控吸积过程。
然而，TOI-6894b（一颗围绕极低质量恒星运行的巨行星）的存在表明这一模型并非完全准确，需要其他替代理论。
爱德华补充道：“考虑到该行星的质量，TOI-6894b可能是通过中间核吸积过程形成的，即一个原行星形成后稳定地吸积气体，而无需核心达到失控气体吸积所需的巨大质量。
“或者，它可能是由引力不稳定的盘形成的。在某些情况下，围绕恒星的盘会因自身引力作用而变得不稳定。这些盘随后可能碎裂，其中的气体和尘埃坍缩形成行星。”
但研究团队发现，根据现有数据，这两种理论都无法完全解释TOI-6894b的形成，这使得这颗巨行星的起源目前仍是一个悬而未决的问题。
大气层带来的答案
阐明TOI-6894b形成之谜的一条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的盘形成的。
TOI-6894b的大气层并非仅此一个有趣特征；作为气态巨行星，它异常寒冷。系外行星搜寻者发现的大多数气态巨行星均为热木星，它们是温度高达约1000-2000开尔文（Kelvin）的大质量气态巨行星。相比之下，TOI-6894b的温度仅为420开尔文。其低温以及其他特征（如极强的凌星深度），使其成为天文学家表征冷大气层特性最有前景的巨行星之一。
伯明翰大学教授、《地外行星搜寻》项目（SPECULOOS）合作成员、论文合著者阿莫里·特里奥（Professor Amaury Triaud）表示：“基于TOI-6894b受到的恒星辐射，我们预计其大气层以甲烷化学为主导，而识别甲烷极其罕见。其温度足够低，大气观测甚至可能探测到氨，这将是在系外行星大气中的首次发现。
“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、氧元素的行星大气层的最佳‘实验室’。”
詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）已计划在未来12个月内对TOI-6894b的大气层进行观测。这将使天文学家能够确定哪一种可能理论（如果有的话）可以解释这颗意外行星的形成。
论文合著者、千年天体物理学研究所研究员、阿道夫·伊瓦涅斯大学教授安德烈斯·霍尔丹博士（Dr. Andrés Jordán）表示：“该系统对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。
“这一发现是我们从智利和英国持续推进多年的系统性项目的成果。我们的努力极大地促进了对小质量恒星形成巨行星频率的理解，并为基于空间平台的后续观测提供了理想目标。”