紅矮星是主序恒星中最小和最暗的成員--這些恒星在其核心中以穩(wěn)定的速度將氫氣轉(zhuǎn)化為氦氣。盡管它們跟我們的太陽(yáng)這樣的恒星相比是“冷”的，但紅矮星可以非常活躍并爆發(fā)出強(qiáng)大的耀斑。這可能會(huì)剝?nèi)ボ壍郎系男行堑拇髿鈱樱瑥亩惯@個(gè)恒星系統(tǒng)成為一個(gè)似乎不適合形成這樣一個(gè)紗質(zhì)行星的地方。

卡內(nèi)基科學(xué)研究所地球和行星實(shí)驗(yàn)室的研究員、發(fā)表在《天文學(xué)雜志》上的一篇論文的第一作者Shubham Kanodia說(shuō)道：“傳統(tǒng)上認(rèn)為紅矮星周?chē)木扌行呛茈y形成。到目前為止，這只是通過(guò)多普勒測(cè)量的小樣本進(jìn)行研究，這些測(cè)量通常是在離這些紅矮星更遠(yuǎn)的地方發(fā)現(xiàn)巨行星。直到現(xiàn)在，我們還沒(méi)有足夠大的行星樣本，從而以強(qiáng)有力的方式找到近距離的氣體行星。”

圍繞著TOI-3757 b仍有未解之謎，其中最大的謎團(tuán)是一顆氣態(tài)行星如何在紅矮星周?chē)纬桑貏e是這樣一顆低密度的行星。然而，Kanodia的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們可能有一個(gè)解決這個(gè)謎團(tuán)的辦法。

(資料圖片)

他們提出，TOI-3757 b的超低密度可能是由兩個(gè)因素造成的。第一個(gè)因素跟該行星的巖石核心有關(guān)。研究人員認(rèn)為氣態(tài)巨行星開(kāi)始時(shí)是巨大的巖石核心，其質(zhì)量約為地球的10倍，在這一點(diǎn)上，它們迅速拉入大量的鄰近氣體并形成我們今天看到的氣態(tài)巨行星。TOI-3757b的恒星跟其他帶有氣態(tài)巨行星的M-矮星相比，重元素的豐度較低，而這可能導(dǎo)致巖心形成得更慢并推遲了氣體吸積的開(kāi)始，因此影響了行星的整體密度。

第二個(gè)因素可能是這顆行星的軌道，它被初步認(rèn)為是略帶橢圓的。有些時(shí)候，它比其他時(shí)候更接近它的恒星，并導(dǎo)致大量的過(guò)量加熱，進(jìn)而可能引發(fā)行星的大氣膨脹。

NASA的凌日系外行星探測(cè)衛(wèi)星(TESS)最初發(fā)現(xiàn)了這顆行星。Kanodia的團(tuán)隊(duì)隨后使用地面儀器進(jìn)行了后續(xù)觀測(cè)，包括NEID和NESSI及懷俄明州的Red Buttes天文臺(tái)。

TESS測(cè)量了這顆行星TOI-3757 b在其恒星前的交叉點(diǎn)，這使得天文學(xué)家得以計(jì)算出這顆行星的直徑約為15萬(wàn)公里或約只比木星的直徑略大。這顆行星僅用3.5天就完成了圍繞其宿主恒星的完整軌道，這比太陽(yáng)系中最近的行星--水星--少了24倍，后者需要大約88天才能完成。

然后，天文學(xué)家們利用NEID和HPF來(lái)測(cè)量這顆恒星沿視線的表觀運(yùn)動(dòng)，也被稱(chēng)為它的徑向速度。這些測(cè)量結(jié)果提供了該行星的質(zhì)量，經(jīng)計(jì)算，其質(zhì)量約為木星的1/4或地球質(zhì)量的約85倍。知道了它的大小和質(zhì)量，Kanodia的團(tuán)隊(duì)就可以計(jì)算出TOI-3757 b的平均密度為每立方厘米0.27克，這將使它的密度不到土星（太陽(yáng)系中密度最低的行星）的一半，約是水的密度的四分之一（意味著如果把它放在一個(gè)裝滿水的巨大浴缸里，它會(huì)漂浮起來(lái)），或密度類(lèi)似于棉花糖。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的博士后研究員、本文第二作者Jessica Libby-Roberts說(shuō)道：“未來(lái)利用NASA新詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)這顆行星的大氣層進(jìn)行潛在的觀察可能有助于闡明其蓬松的本質(zhì)。”

Kanodia說(shuō)道：“發(fā)現(xiàn)更多這樣的巨行星系統(tǒng)--這些巨行星曾經(jīng)被認(rèn)為在紅矮星周?chē)鷺O為罕見(jiàn)--是我們了解行星如何形成的目標(biāo)的一部分。”

這一發(fā)現(xiàn)突出了NEID的重要性，它能確認(rèn)NASA TESS任務(wù)目前發(fā)現(xiàn)的一些候選系外行星，從而為新詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡提供重要的目標(biāo)以跟進(jìn)并開(kāi)始描述它們的大氣特征。這將反過(guò)來(lái)告訴天文學(xué)家，這些行星是由什么構(gòu)成的、它們是如何形成的、對(duì)于潛在的可居住的巖石世界它們是否可能支持生命等等。