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科學家發現罕見「熱海王星」 軌道接近恆星

天文學家發現被歸類為「熱海王星」的系外行星TOI-3261 b。此為藝術家繪製的示意圖。(NASA/JPL-Caltech)
天文學家發現被歸類為「熱海王星」的系外行星TOI-3261 b。此為藝術家繪製的示意圖。(NASA/JPL-Caltech)

【記者陳俊村/報導】天文學家發現一顆被歸類為「熱海王星」(hot Neptune)的罕見系外行星。它的大小與海王星類似,運行軌道非常接近其母恆星。這是迄今發現的第四顆此類行星,也許能提供這種行星如何形成的線索。

美國國家航空暨太空總署(NASA)指出,國際研究團隊使用該局擁有的太空望遠鏡「凌日系外行星巡天衛星」(Transiting Exoplanet Survey Satellite,TESS),發現了這顆被命名為TOI-3261 b的系外行星,之後使用位於澳洲、智利和南非的地面望遠鏡進行進一步觀測到它。

這種被歸類為「熱海王星」的系外行星,其大小和成分與海王星近似,但軌道與其母恆星極為接近,周期非常短。比如說,TOI-3261 b上的「一年」僅有21個小時。

TOI-3261 b是第四顆被發現的超短周期(ultra-short-period)熱海王星。先前發現的三顆都已精確測量過質量。第一顆是在2020年發現的LTT-9779 b,接著是TOI-849 b和TOI-332 b這兩顆行星。

本次發現的TOI-3261 b是測試新的行星形成電腦模型的理想候選行星。「熱海王星」之所以如此罕見,其部分原因是在如此接近恆星的地方,很難保留厚厚的氣態大氣層。

恆星的質量非常大,因此會對四周的物體會施加強大的引力,這會剝奪鄰近行星周圍的氣體層。而恆星也會釋放巨大的能量,把氣體層吹散。

這兩個因素意味著,像TOI-3261 b這樣的「熱海王星」,起初形成時可能是更大、類似木星大小的行星,但隨後失去了大部分質量。

研究團隊藉由模擬不同的起始點和發展情況,確定這個恆星和行星系統約有65億年的歷史,而這顆行星一開始是更大的氣態巨行星(gas giant)。

然而,它可能經由兩種方式失去質量。其一是光致蒸發(photoevaporation),亦即來自恆星的能量致使氣體粒子消散;其二是潮汐剝離(tidal stripping),也就是來自恆星的引力將行星上的氣體層層剝離。

TOI-3261 b也有可能是在距離恆星較遠的地方形成的,這兩種效應在那裡的強度都會比較弱,使其得以保留大氣層。

這顆行星剩餘的大氣層是其最有趣的特徵之一,可能需要進一步的大氣分析,或許有助於揭開它的形成歷史。

這顆行星的密度約為海王星的兩倍,這表示其大氣層中較輕的成分已隨時間剝離,只剩下較重的成分。這顯示該行星一開始的大氣層包含了各種不同的元素,但在現階段,天文學家很難確定它們到底是什麼元素。

這個謎團可能可以經由以紅外光觀測這顆行星而解開,也許可以使用NASA的詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)來辨識大氣層中不同分子的特徵。

這不僅有助於天文學家了解TOI-3261 b的過去,也有助於揭示所有炙熱的巨行星背後的物理過程。

上述研究由澳洲南昆士蘭大學(University of Southern Queensland)的天文學家那比(Emma Nabbie)所主導,其研究成果發表在《天文學期刊》(Astronomical Journal)上。◇