天文学家刚刚发现一颗本不该存在的巨行星

然而，今日发表于《自然·天文学》的研究表明，一个国际天文学家团队在这颗微小恒星周围发现了一颗名为TOI-6894b的气态巨行星存在的明确信号。

该行星系统是通过对TESS（凌星系外行星巡天卫星）数据的大规模调查发现的。这项研究由爱德华·布莱恩特博士领导，旨在搜寻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此项工作。

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，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。这颗巨行星正围绕迄今已知拥有此类行星的最小质量恒星运行。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%。其宿主恒星（TOI-6894）是迄今发现拥有凌日巨行星的最小质量恒星，其大小仅为拥有此类行星的第二小恒星的60%。

华威大学副教授丹尼尔·贝利斯博士指出："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·范艾伦博士表示："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！这正是寻找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，当核心质量增加到一定程度时，最终会吸引气体形成大气层。随后其质量达到临界点，进入失控气体吸积过程，最终成为气态巨行星。

根据该理论，巨行星在低质量恒星周围更难形成，因为恒星原行星盘中的气体和尘埃（行星形成的原材料）过于有限，无法形成足够巨大的核心来触发失控吸积过程。

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，需要其他理论来解释。

爱德华补充道："考虑到该行星的质量，TOI-6894b可能通过中间态核吸积过程形成——即原行星形成后稳定吸积气体，但核心质量未达到触发失控气体吸积的阈值。

"另一种可能是由引力不稳定盘形成。某些情况下，环绕恒星的气体盘会因自身引力作用变得不稳定，进而发生碎裂，气体和尘埃塌缩形成行星。"

但研究团队发现，现有数据无法用任一理论完全解释TOI-6894b的形成，因此这颗巨行星的起源目前仍是未解之谜。

大气层揭秘

破解TOI-6894b形成之谜的途径之一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。

TOI-6894b的大气层还有另一独特特征：其温度对气态巨行星而言异常低。系外行星搜寻发现的大多数气态巨行星是热木星，这类巨行星温度约1000-2000开尔文。相比之下，TOI-6894b仅420开尔文。其低温特性及极深的凌星深度等特征，使其成为天文学家研究低温大气层特征最具潜力的巨行星之一。

伯明翰大学教授、SPECULOOS项目成员及合著者阿莫里·特里奥指出："根据TOI-6894b接受的恒星辐射，我们预期其大气层以甲烷化学为主——这种特征极为罕见。其温度低到足以让大气观测甚至检测到氨分子，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型大气层提供了基准系外行星样本，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。这将有望帮助天文学家确定何种理论能解释这颗意外行星的形成。

千年天体物理研究所研究员、阿道夫·伊瓦涅斯大学教授、合著者安德烈斯·霍尔丹博士表示："该系统对行星形成模型提出了新挑战，并为后续大气表征观测提供了极具价值的目标。

"这一发现源于我们在智利和英国持续数年的系统性研究计划。我们的努力显著促进了人类理解小质量恒星形成巨行星的频率，并为天基平台的后续观测提供了首要目标。"