天文学家刚刚发现了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围绕这颗微小恒星运行的巨行星——TOI-6894b——的确凿证据。

该行星系统是在对TESS（凌星系外行星巡天卫星）数据进行大规模调查时发现的，该调查由爱德华·布莱恩特博士领导，旨在寻找围绕低质量恒星运行的巨行星。他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。

华威大学天体物理学奖研究员、第一作者爱德华·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91000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，这是一颗围绕迄今为止已知拥有此类行星的质量最小的恒星运行的巨行星。我们并未预料到像TOI-6894b这样的行星能够围绕如此低质量的恒星形成。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）是迄今为止发现拥有凌日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·贝利斯博士指出：“我们银河系中的大多数恒星实际上正是类似这样的低质量小恒星，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·艾林博士表示：“这是个耐人寻味的发现。我们实在无法理解一颗质量如此小的恒星如何能形成如此庞大的行星！这正是寻找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自身太阳系的形成过程。”

最广为接受的系外行星形成理论称为核吸积理论。行星核首先通过吸积（物质的逐渐积累）形成，随着核变得足够大，最终会吸引气体形成大气层。之后其质量增长到足以进入失控气体吸积过程而成为气态巨行星。

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，无法形成足够大的核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可能通过中间阶段的核吸积过程形成，即原行星形成后稳定地吸积气体，而核心并未达到足够引发失控气体吸积的质量。”

“或者，它的形成可能是由于引力不稳定的盘。在某些情况下，围绕恒星的盘会因其自身施加的重力作用而变得不稳定。这些盘随后可能碎裂，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，这使得这颗巨行星的起源目前仍是一个悬而未决的问题。

大气层解答

揭示TOI-6894b形成之谜的一个途径是详细的大气分析。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，从而判断TOI-6894b是通过吸积还是不稳定盘形成的。

这并非TOI-6894b大气层唯一的独特之处；作为气态巨行星，它的温度异常低。系外行星搜寻者发现的大多数气态巨行星是热木星，即温度约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。其低温特性连同其他特征（如极深的凌星深度），使其成为天文学家研究具有冷大气层特征的最有前景的巨行星之一。

伯明翰大学教授、SPECULOOS项目合作成员、共同作者阿莫里·特里奥表示：“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，而这极其罕见。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案例，并成为研究太阳系外含碳、氮、氧行星大气的最佳‘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。这将使天文学家能够确定哪一种可能理论（如果存在的话）可以解释这颗意外行星的形成。

共同作者、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·霍尔丹博士表示：“该系统给行星形成模型带来了新挑战，同时也为后续观测以表征其大气层提供了一个非常有趣的目标。”

“这一发现是我们数年来在智利和英国开展系统性项目的成果。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。”