封面新聞記者 馬曉玉
天文學家注意到了一顆“肥胖”行星，對於它的小宿主來說似乎太大了些。這顆技術上不應該存在的系外行星被發現後，科學家們開始質疑行星形成的理論。
11月30日，一項發表在《科學》雜誌上的最新研究發現，一顆已知質量最大的行星在超冷矮星的近距離軌道上運行。這是人們首次發現如此大質量的行星圍繞如此小質量的恆星運行，這一發現違背了當前理論對小恆星周圍行星形成的預測，也顛覆了科學家對行星系統形成的理解。
這顆行星名為LHS 3154b，緊緊圍繞着一顆名為LHS 3154的超冷M型矮星（宇宙中質量最小、溫度最低的恆星類型）旋轉。LHS 3154b的質量是地球質量的13倍，太陽質量的9倍，約為海王星大小，是目前已知的最大行星。LHS 3154b與其主恆星的質量比是地球和太陽的100多倍。
從LHS 3154b望向其低質量主星的概念圖。
一個極為罕見的案例
這項研究的合著者、賓夕法尼亞州立大學威爾曼天文與天體物理學報教授蘇夫拉特·馬哈德萬（Suvrath Mahadevan）說：“這一發現確實說明了我們對宇宙知之甚少的問題，我們不會想到一顆如此重的行星會圍繞着一顆質量如此小的恆星存在。”
恆星是由大量的氣體和塵埃雲形成的。恆星形成後，氣體和塵埃仍然是圍繞新生恆星旋轉的物質盤，而新生恆星最終會發展成行星。圍繞恆星的圓盤中存在的物質數量決定了圍繞恆星形成的行星的質量，而盤狀物質在很大程度上取決於恆星的質量。
小M矮星是整個銀河系中最常見的，它們通常有小的岩石行星圍繞它們運行，但不是氣態巨行星。LHS 3154作為一顆低質量恆星，其周圍的行星形成盤本該沒有足夠的固體質量來形成這顆行星，“但它就在那裡，所以現在我們需要重新審視我們對行星和恆星形成的理解。”馬哈德萬說。
這顆年輕而巨大的恆星正在從塵埃盤中收集物質，同時也以強大的噴流排出物質。一個天文學家團隊通過阿塔卡馬大型毫米/次毫米波陣列望遠鏡（ALMA）觀察圓盤的旋轉，設法找到了圓盤存在的證據。這是第一次在另一個星系中發現一個圍繞着年輕恆星的圓盤，這種圓盤與我們星系中形成行星的圓盤類型相同。
合著作者之一的梅根·德拉默根據建模分析，認為這顆行星有一個質量很重的內核，這就需要更多的盤狀物質存在於恆星周圍。研究人員估計，圓盤中的塵埃數量至少要比在低質量恆星周圍的圓盤中發現的塵埃數量多10倍。
德拉默在一份聲明中表示：“我們目前的行星形成理論很難解釋我們所看到的現象，根據HPF和其他儀器的調查結果來說，我們發現的行星可能極其罕見，所以探測它真的很令人興奮。”
目前其實已經發現了一些圍繞低質量恆星運行的大質量行星，如2019年發現的行星GJ 3512b，但它們的軌道周期要長得多，而且這些行星圍繞恆星的軌道很遠。“我們的發現為所有現有的行星形成理論提供了一個極端的測試案例，”馬哈德萬說，“這正是我們建造HPF的目的，即發現銀河系中最常見的恆星如何形成行星，以及發現這些行星。”
蘇夫拉特·馬哈德萬
宜居帶行星探測器
這顆圍繞距離太陽約51光年的恆星運行的超大行星，是通過安裝在麥克唐納天文台霍比-埃伯利望遠鏡上的宜居帶行星探測器（HPF）發現的。這個儀器由馬哈德萬領導設計，通常被用來探測在小型冷恆星宜居帶內運行的行星。
如果適宜居住區與恆星的距離剛好合適，恆星表面的溫度足以支持液態水的存在，就有可能支持生命的存在。小恆星較低的表面溫度使得行星可以更緊密地圍繞它們運行，並且仍然保持着脆弱的元素，如表面的水（生命存在的關鍵成分）。
當行星緊密圍繞其恆星運行時，兩個天體之間的引力牽引產生了明顯的擺動，HPF就可以通過紅外線探測到。“把它想象成一堆篝火。火越冷卻，你就越需要靠近火來保持溫暖，”馬哈德萬說，“行星也是如此。如果恆星溫度更低，那麼行星就需要離恆星更近，這樣才能保持足夠的溫度來容納液態水。如果行星的軌道距離其超冷恆星足夠近，我們就可以通過觀察恆星光譜或光線顏色的微妙變化來探測它。”
（圖片來源：賓夕法尼亞州立大學官網）
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