不该存在的“肥胖”行星被发现，颠覆科学家对行星系统形成的理解？丨科技观察

封面新闻记者 马晓玉

天文学家注意到了一颗“肥胖”行星，对于它的小宿主来说似乎太大了些。这颗技术上不应该存在的系外行星被发现后，科学家们开始质疑行星形成的理论。

11月30日，一项发表在《科学》杂志上的最新研究发现，一颗已知质量最大的行星在超冷矮星的近距离轨道上运行。这是人们首次发现如此大质量的行星围绕如此小质量的恒星运行，这一发现违背了当前理论对小恒星周围行星形成的预测，也颠覆了科学家对行星系统形成的理解。

这颗行星名为LHS 3154b，紧紧围绕着一颗名为LHS 3154的超冷M型矮星（宇宙中质量最小、温度最低的恒星类型）旋转。LHS 3154b的质量是地球质量的13倍，太阳质量的9倍，约为海王星大小，是目前已知的最大行星。LHS 3154b与其主恒星的质量比是地球和太阳的100多倍。

从LHS 3154b望向其低质量主星的概念图。

一个极为罕见的案例

这项研究的合著者、宾夕法尼亚州立大学威尔曼天文与天体物理学报教授苏夫拉特·马哈德万（Suvrath Mahadevan）说：“这一发现确实说明了我们对宇宙知之甚少的问题，我们不会想到一颗如此重的行星会围绕着一颗质量如此小的恒星存在。”

恒星是由大量的气体和尘埃云形成的。恒星形成后，气体和尘埃仍然是围绕新生恒星旋转的物质盘，而新生恒星最终会发展成行星。围绕恒星的圆盘中存在的物质数量决定了围绕恒星形成的行星的质量，而盘状物质在很大程度上取决于恒星的质量。

小M矮星是整个银河系中最常见的，它们通常有小的岩石行星围绕它们运行，但不是气态巨行星。LHS 3154作为一颗低质量恒星，其周围的行星形成盘本该没有足够的固体质量来形成这颗行星，“但它就在那里，所以现在我们需要重新审视我们对行星和恒星形成的理解。”马哈德万说。

这颗年轻而巨大的恒星正在从尘埃盘中收集物质，同时也以强大的喷流排出物质。一个天文学家团队通过阿塔卡马大型毫米/次毫米波阵列望远镜（ALMA）观察圆盘的旋转，设法找到了圆盘存在的证据。这是第一次在另一个星系中发现一个围绕着年轻恒星的圆盘，这种圆盘与我们星系中形成行星的圆盘类型相同。

合著作者之一的梅根·德拉默根据建模分析，认为这颗行星有一个质量很重的内核，这就需要更多的盘状物质存在于恒星周围。研究人员估计，圆盘中的尘埃数量至少要比在低质量恒星周围的圆盘中发现的尘埃数量多10倍。

德拉默在一份声明中表示：“我们目前的行星形成理论很难解释我们所看到的现象，根据HPF和其他仪器的调查结果来说，我们发现的行星可能极其罕见，所以探测它真的很令人兴奋。”

目前其实已经发现了一些围绕低质量恒星运行的大质量行星，如2019年发现的行星GJ 3512b，但它们的轨道周期要长得多，而且这些行星围绕恒星的轨道很远。“我们的发现为所有现有的行星形成理论提供了一个极端的测试案例，”马哈德万说，“这正是我们建造HPF的目的，即发现银河系中最常见的恒星如何形成行星，以及发现这些行星。”

苏夫拉特·马哈德万

宜居带行星探测器

这颗围绕距离太阳约51光年的恒星运行的超大行星，是通过安装在麦克唐纳天文台霍比-埃伯利望远镜上的宜居带行星探测器（HPF）发现的。这个仪器由马哈德万领导设计，通常被用来探测在小型冷恒星宜居带内运行的行星。

如果适宜居住区与恒星的距离刚好合适，恒星表面的温度足以支持液态水的存在，就有可能支持生命的存在。小恒星较低的表面温度使得行星可以更紧密地围绕它们运行，并且仍然保持着脆弱的元素，如表面的水（生命存在的关键成分）。

当行星紧密围绕其恒星运行时，两个天体之间的引力牵引产生了明显的摆动，HPF就可以通过红外线探测到。“把它想象成一堆篝火。火越冷却，你就越需要靠近火来保持温暖，”马哈德万说，“行星也是如此。如果恒星温度更低，那么行星就需要离恒星更近，这样才能保持足够的温度来容纳液态水。如果行星的轨道距离其超冷恒星足够近，我们就可以通过观察恒星光谱或光线颜色的微妙变化来探测它。”

（图片来源：宾夕法尼亚州立大学官网）