韋布發(fā)現(xiàn)詭異巨行星：形如橄欖，內(nèi)核或裝滿鉆石

科學(xué)家原以為他們已經(jīng)非常了解行星，直到發(fā)現(xiàn)PSR J2322-2650b。

PSR J2322-2650b的形狀看起來(lái)可能像一個(gè)橄欖。

NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford (STScI)

科學(xué)家原以為他們已經(jīng)非常了解行星，直到發(fā)現(xiàn)PSR J2322-2650b。

在韋布太空望遠(yuǎn)鏡的協(xié)助下，科研人員發(fā)現(xiàn)了一顆無(wú)論從形態(tài)還是成分都異常古怪的系外行星。

行星名為PSR J2322-2650b，質(zhì)量相當(dāng)于木星，但其成分非常特別——它的大氣層主要由氦和碳組成，而天文學(xué)家此前從未見過(guò)樣的大氣構(gòu)成。

在PSR J2322-2650b上，從云端到地底，可能都充滿了黑色的碳灰。而在它的核心處，這些碳還可能因?yàn)闃O端的壓力而以鉆石形態(tài)存在。

PSR J2322-2650b圍繞著一顆脈沖星旋轉(zhuǎn)。這是一顆毫秒脈沖星，主要發(fā)射伽馬射線以及其他高能粒子。這些韋布是看不到的。但也正是由于沒(méi)有亮星的干擾，人們才有機(jī)會(huì)看清楚它身邊的行星。

主持研究的芝加哥大學(xué)Michael Zhang表示，這顆行星圍繞著一顆質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)，體積卻只有一座城市般大的奇特天體運(yùn)行。而這顆行星的大氣層也是前所未見的——那里沒(méi)有常見的水、甲烷和二氧化碳，而是充滿了分子碳，尤其是C?和C?。

分子碳的存在很不尋常。因?yàn)镻SR J2322-2650b的大氣溫度極高，在649℃（夜間最低溫度）至2038℃（日間最高溫度）之間。在這樣的高溫環(huán)境中，碳會(huì)迅速與其他物質(zhì)結(jié)合在一起。只有在幾乎沒(méi)有氧或氮的情況下，分子碳才會(huì)在大氣層中占主導(dǎo)地位。此前天文學(xué)家還沒(méi)有在其他任何行星上發(fā)現(xiàn)過(guò)分子碳，無(wú)論是在太陽(yáng)系內(nèi)還是太陽(yáng)系外。

PSR J2322-2650b和它的主星極近，僅161萬(wàn)公里。相比之下，地球和太陽(yáng)的距離大約有1.5億公里。所以PSR J2322-2650b的公轉(zhuǎn)周期極短，只有7.8小時(shí)。由于距離脈沖星太近，這顆質(zhì)量相當(dāng)于木星的行星在引力場(chǎng)中嚴(yán)重變形，看起來(lái)就像一個(gè)巨大的橄欖。

天文學(xué)家認(rèn)為，這個(gè)天體系統(tǒng)可能是一種罕見雙星系統(tǒng)的某種特例。這種雙星系統(tǒng)被謔稱為“黑寡婦”，通常由高速旋轉(zhuǎn)的脈沖星和小型低質(zhì)量恒星伴星組成。“黑寡婦”內(nèi)伴星的物質(zhì)會(huì)向脈沖星轉(zhuǎn)移，并導(dǎo)致脈沖星的自轉(zhuǎn)速度加快，產(chǎn)生強(qiáng)烈的星風(fēng)。星風(fēng)和輻射反過(guò)來(lái)又會(huì)繼續(xù)轟擊伴星，使其逐漸蒸發(fā)殆盡。

然而PSR J2322-2650b卻是一顆行星。按照國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)的定義，質(zhì)量低于木星13倍，圍繞恒星、褐矮星或恒星殘骸運(yùn)行的天體是行星。PSR J2322-2650b正是如此。

在已知的大約6000顆系外行星中，擁有行星的脈沖星數(shù)量本來(lái)就少。 而PSR J2322-2650b還是已知唯一一顆圍繞脈沖星運(yùn)行的氣體巨行星。

最讓科學(xué)家感興趣的是這顆行星的形成機(jī)制。因?yàn)樗某煞峙c普通行星截然不同。已知的形成機(jī)制，都無(wú)法解釋它這種極度富碳的特征。

研究人員提出了一種可能性。來(lái)自斯坦福大學(xué)和卡弗里粒子天體物理宇宙研究所的 Roger Romani認(rèn)為，隨著行星溫度的下降，其大氣內(nèi)部的碳氧混合物會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶。韋布觀測(cè)到的現(xiàn)象，是純碳晶體上升至大氣頂部并與氦氣混合在一起后的結(jié)果。但即便是這樣，也須具備某種機(jī)制，將氧和氮隔絕開才行，否則行星大氣中的碳很有可能在瞬間燃爆。而這才是最大的謎團(tuán)之所在。

藝術(shù)家筆下描繪的PSR J2322-2650b（左）和它的主星——一顆高速旋轉(zhuǎn)的中子星，亦即脈沖星（右）。質(zhì)量巨大的脈沖星引力場(chǎng)，將這顆質(zhì)量相當(dāng)于木星的行星拉伸成了奇怪的橄欖形。

NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford (STScI)

參考

NASA’s Webb Observes Exoplanet Whose Composition Defies Explanation

https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-observes-exoplanet-whose-composition-defies-explanation/