美國國家航空航天局(NASA)科學家借助詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST),發現了一顆極為罕見的"超級地球"——PSR J2322-2650b。它不僅繞脈沖星運行,其大氣更可能是"純碳"構成,內部或正在結晶鉆石,被形容為"完全超出想象的行星類型"。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是目前最強大的紅外太空望遠鏡,由NASA與歐洲航天局、加拿大航天局聯合研制,主要通過觀測紅外波段研究溫度較低的行星、彌漫星云以及遙遠星系,這些目標很難被普通光學望遠鏡直接捕捉。本次觀測中,韋伯望遠鏡鎖定了一顆名為PSR J2322-2650b的系外行星,其質量大致與地球相當,卻繞脈沖星運行,這在已知行星體系中極為罕見。
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脈沖星是一類快速自轉的中子星,是大質量恒星坍縮后的超致密殘骸核心,質量可達太陽級別,體積卻只有一座城市大小。脈沖星會沿磁軸方向發射射電束,隨自身轉動,這些射電束在天空中掃過,因此在觀測上呈現周期性脈沖信號。目前天文學界已知,僅有兩顆行星被發現繞脈沖星運行,PSR J2322-2650b在質量和結構上均與此前記錄完全不同。
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觀測結果顯示,這顆行星的大氣主要由氦和碳組成,而非大多數系外行星常見的水、二氧化碳、甲烷。科學家在其大氣光譜中檢測到大量碳,特別是C13同位素,這類由碳直接構成的成分在行星大氣中極為罕見,因為通常情況下,碳更易與氧或氫結合,形成二氧化碳或甲烷等化合物。研究人員指出,該行星大氣的碳氧比超過100,碳氮比更是高于1萬,遠超已知絕大多數系外行星,這意味著其大氣可被視為"高度富碳環境"。
參與研究的加州理工學院行星實驗室科學家彼得·高(Peter Gao)表示,團隊首次收到數據時,"幾乎不敢相信自己的眼睛",并感嘆"這完全不是我們所預想的那種行星大氣"。加州大學伯克利分校的邁克爾·張(Michael Zhang)補充道,這顆行星所繞轉的脈沖星本身就極為特殊——"質量接近太陽,卻只有城市大小",而PSR J2322-2650b的大氣類型"是一種此前從未見過的全新類別"。
在極端溫度與壓力條件下,這顆行星呈現出更為離奇的一面。研究顯示,其晝夜溫差巨大,表面溫度約為1200華氏度(約650攝氏度),內部高達約3700華氏度(約2000攝氏度)。在如此環境中,大氣中漂浮著類似煙霧的碳顆粒。科學家推測,在行星內部巨大壓力作用下,這些碳顆粒可能逐漸轉化為鉆石的晶體結構,行星深處很可能正在發生碳的結晶過程。
斯坦福大學羅杰·羅馬尼(Roger Romani)解釋稱,通過這顆伴星傳遞數據,其內部的碳氧混合物開始結晶,純碳晶體會"漂浮"到上層并與氦混合,這正是觀測上看到的行星大氣特征來源。他同時指出,要解釋為何氧和氮在這一過程中被排除在外仍是一個巨大謎題,"一定有某種關鍵機制讓我們'蒙在鼓里',這正是目前尚未解開的難題"。
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從軌道結構看,這一體系同樣帶有"極端色彩"。PSR J2322-2650b與其脈沖星距離僅約100萬英里,相比之下,地球與太陽的平均距離約為1億英里,前者足足是后者的百分之一。在如此緊密的軌道上,這顆行星完成一次公轉,即它的一年,只需要大約7.8小時,遠短于地球的一年。
強大的引力潮汐效應使這顆行星被"拉伸"成類似檸檬的形狀,而非近似球體。引力是使具有質量的物體相互吸引的基本力,當一顆天體與其伴星距離接近至質心本身被撕裂時,潮汐力會在伴星內部產生顯著的壓力差,從而導致整體形變,這一現象在PSR J2322-2650b身上表現得尤為明顯。
科學界認為,該系統或許與宇宙中所謂的"黑寡婦"系統存在某種關聯。"黑寡婦"系統通常由一顆脈沖星和緊密環繞的伴星組成,脈沖星通過強烈的粒子風和高能輻射"蒸發"伴星物質,最終可能只剩下一顆高度致密的殘骸核心。不過在這一次的發現中,PSR J2322-2650b的質量達到13個地球質量,因此被
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