讲真的！这么大的行星真的存在吗？

主译：酥油饼

校对：孙宇峰

审阅：牧夫天文校对组 涂天宇

美编：张少岩

后台：李子琦

原文链接：

https://sorae.info/astronomy/20230311-toi-5205b.html

恒星的质量越小，宇宙中就存在得越多。质量较小的恒星被称为 “红矮星”，因为它们的表面温度较低，发射出大量可见光谱中的红光。由于红矮星本身的数量很多，因此发现了许多围绕红矮星公转的系外行星。然而，围绕红矮星公转的系外行星的质量往往较小，特别是没有发现与木星相当的“巨型气体行星”。

在红矮星中没有发现巨型气体行星的原因被认为与恒星和行星的形成过程有关。宇宙中的尘埃和气体在引力作用下相互吸引，物质逐渐向高密度的区域集中。在物质最集中的地方，最终会诞生恒星。然后周围的物质以恒星诞生的地方为中心聚集在一起，形成一个旋转的星盘。在这个星盘中，物质集中在局部，随后无数的小行星诞生了。这些小行星合并形成行星的同时集合着周围的气体，形成大气层。

当一颗恒星在星盘中心诞生时，由于恒星的辐射会产生一种把构成星盘的尘埃和气体向外推的力，所以行星本身和其大气层的形成是有时间限制的。此外，整个星盘的质量越小，可用于形成恒星和行星的材料就越少，这意味着诞生的恒星和行星也往往更小。目前的行星形成理论认为，要形成木星这样大小的巨型气体行星，需要先形成一个质量约为地球10倍的类地行星，并有足够质量的气体和时间形成大气层覆盖它。过去人们认为，在红矮星的形成过程中，这些条件都不会被满足。

▲ 图1: 从恒星TOI-5205前穿过的行星TOI-5205b的想象图

（图片来源: Katherine Cain, courtesy of the Carnegie Institution for Science）

卡内基科学研究所的Shubham Kanodia的研究团队调查红矮星TOI-5205时新发现了一颗系外行星“TOI-5205b”。通过NASA的凌星系外行星巡天卫星(TESS)的观测，将TOI-5205列为一颗存在行星的恒星的候补，随后人们通过地面观测将其证实。

令人惊讶的是该行星的大小。据估计，TOI-5205行星的直径和质量几乎与木星一样大。另一方面，TOI-5205b所环绕的恒星TOI-5205是一颗小恒星，在直径和质量上都是太阳的40%，因此TOI-5205b的直径约为TOI-5205的直径的27%。考虑到木星的直径只有太阳的直径的10%左右，这就可以看出它的巨大程度了。因此，当TOI-5205b从TOI-5205的前面穿过时，从TOI-5205到达地球的光线中约有7%会被阻挡。

▲ 图2: TOI-5205 (左上)和TOI-5205b (左下) 、太阳(右上) 和木星 (右下) 的各自大小的比较。由于TOI-5205b和木星的大小几乎相同、而TOI-5205是比太阳更小的恒星，所以相对而言直径的比率会更大

（图片来源: Katherine Cain, courtesy of the Carnegie Institution for Science）

更大的问题在于质量比。TOI-5205b与TOI-5205的质量比约为0.3%，远远大于木星与太阳的质量比，后者约为0.1%。事实上，这个数值是在红矮星中发现的行星里最大的数值。过去的行星形成理论并没有预测到这种行星的存在。从TOI-5205的金属含量（*）上来看，目前也无法由此推测其有形成如此之大的行星的可能性。因此，TOI-5205b的存在让我们对目前的行星形成理论的理解产生了疑问。

*行星科学中的“金属”一词是指除氢和氦以外的所有元素。如果一颗恒星的金属含量很高，那么构成行星的元素如硅和铁之类的重元素就更多。然而，TOI-5205的金属含量与太阳相似，所以它不具备特别有利于形成行星的条件。

另一方面，TOI-5205b在凌TOI-5205时造成了明显的减光。这时，由于恒星的部分光线穿过了行星的大气层，对这些光线的分析将揭示出TOI-5205b的确切的大气成分。这将为有关行星的形成理论提供重要线索。我们对未来在地面和太空中对TOI-5205b进行更多的观测抱以期待。

来源

· Shubham Kanodia, et.al. “TOI-5205b: A Short-period Jovian Planet Transiting a Mid-M Dwarf”. (The Astronomical Journal)

· Washington, DC. ““Forbidden” planet orbiting small star challenges gas giant formation theories”. (Carnegie Institution for Science)

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部