太空“超级爆炸”正在改变我们对行星形成的理解

当 Caroline Piaulet 第一次开始观察一颗名为 WASP-107b 的系外行星时，她最感兴趣的是了解它里面有什么。WASP-107b 是一颗气态巨行星，围绕着室女座的一颗恒星运行，距离我们约 212 光年。“我本质上想获得有关其大气成分的最精确数据，”蒙特利尔大学系外行星研究所的博士生 Piaulet 说。她说，要做到这一点，她必须先计算出它的质量——这是透射光谱法的常规部分，天文学家使用透射光谱法来分析系外行星的化学组成。然而，Piaulet 的发现颠覆了天文学家对某些行星形成方式的认识。“我们没有想到会发现这样的结果。”

到目前为止，行星的形成往往遵循我们在太阳系中看到的模式。恒星形成时，它们被一层尘埃和气体包围，称为原行星盘；正是这种物质为最终形成行星的物质提供了建造材料。在经典模型中，基于天文学家对木星和土星的了解，气态巨行星需要有一个至少是地球十倍质量的固体核心，才能在原行星盘消失前聚集足够的气体。天文学家认为，如果没有这个巨大的核心，行星就无法形成并保持巨大的气体外壳，从而成为气态巨行星。

但 WASP-107b 打破了这些规则：尽管它的大小与木星相当，但重量却轻十倍，接近海王星的质量，是一颗“超级膨胀”行星，是迄今为止发现的密度最小的系外行星之一。皮奥莱特得出结论，WASP-107b 的核心质量不超过地球的四倍，这意味着该行星 85% 以上的质量都存在于围绕其核心旋转的厚厚气体层中。相比之下，海王星的气体层仅占其总质量的 5% 至 15%。

更为复杂的是，WASP-107b 距离恒星非常近——比地球到太阳的距离近 16 倍以上，公转周期仅为 5.7 天。皮奥莱特解释说，如果这颗行星最初形成于现在的位置，它就不可能成为一颗气态巨行星。“要吸积足够的气体成为气态巨行星，必须非常迅速地发生，”皮奥莱特说。“所以它必须发生在更冷的环境中，这意味着它必须远离恒星。”因此，WASP-107b 的存在没有任何意义。

为了解释 WASP-107b 是如何形成的，Piaulet 和她的团队将目光投向了另一颗行星——以及一种之前只适用于较小的“超膨胀”行星的理论。天文学家注意到，WASP-107c 是另一颗围绕 WASP-107b 的恒星运行的行星，但其轨道周期要大得多，为三年，它的轨道是偏心的，也就是椭圆形的。Piaulet 解释说：“这告诉了我们一些关于这个系统的历史。”WASP-107b 很可能是在距离其恒星更远的地方形成的，并且基本上是被 WASP-107c 弹射到现在的轨道上的。虽然 WASP-107b 的轨道由于靠近恒星而正常化为圆形，但 Piaulet 解释说 WASP-107c 的偏心轨道“在某种程度上保留了系统中发生的事情的记忆”。

皮奥莱特的导师、蒙特利尔大学天体物理学教授比约恩·本尼克 (Björn Benneke) 在一份新闻稿中表示：“这项研究解决了巨行星形成和成长的根本问题。”

现在，她确定 WASP-107b 质量的工作已经完成，皮奥莱特可以回到她最初的目标，即找出这颗行星的真正成分。但是，她说，这彻底改变了她处理工作的方式。“这让我更多地思考行星的形成，”她说。“这不是我以前想得太多的事情；我更关注化学。现在我在问内部结构能告诉我们有关行星历史的什么信息。质量和半径告诉你的信息比你想象的要多得多。”