美科学家发现环绕低温红矮星的“棉花糖行星”

据报道，目前，美国基特峰国家天文台观测发现一颗神秘类木星行星，它是迄今为止在红矮星周围探测到密度最低的气态巨行星。

这颗气态巨行星密度仅相当于棉花糖，它环绕一颗寒冷的红矮星运行，多个天文设备用于该项观测任务，其中包括：基特峰国家天文台装配的 NEID 径向速度仪，这是美国国家科学基金会 NOIRLab 实验室任务之一。最新发现的“棉花糖行星”被命名为 TOI-3757 b。

该行星位于御夫星座，距离地球大约 580 光年，是迄今为止在红矮星周围探测到密度最低的行星，其平均密度接近于棉花糖。

红矮星是主序星中最小、最黑暗的成员之一，主序星是指在其核心以稳定的速率将氢转化为氦的恒星，尽管与太阳等恒星相比，红矮星温度较低，但它们非常活跃，时常爆发出强大耀斑。这将剥离轨道行星的大气层，使该恒星系统看上去不适宜生命存活，出现游丝状行星。

卡耐基科学研究所地球与行星实验室研究员舒布哈姆・卡诺迪亚 (Shubham Kanodia) 说：“传统上人们认为环绕红矮星的巨行星很难形成，到目前为止，科学家仅通过多普勒调查少量样本发现距离红矮星较远的巨行星，当前我们尚未掌握充足的样本，以可靠的方式发现近距离气态行星。”

TOI-3757 b 行星仍有一些无法解释的谜团，其中最大的一个谜团是气态巨行星是如何在红矮星周围形成，尤其形成类似棉花糖密度的行星。然而，卡诺迪亚带领的研究团队认为他们可能揭晓了该谜团。

他们认为 TOI-3757 b 的超低密度与两个因素密切相关，第一个因素与行星岩石内核有关，气态巨行星被认为是由质量大约是地球 10 倍的巨大岩石内核开始孕育，初期会迅速吸引大量邻近气体，形成我们现今看到的气态巨行星，TOI-3757 b 的主恒星重元素丰度低于其他存在气态巨行星的矮星，这可能导致 TOI-3757 b 岩石核心形成更慢，延迟气体积累，因此影响了行星整体密度。

第二个因素可能是这颗行星的轨道，初步认为它的轨道呈椭圆形，运行至某一时期它会比其他时候更接近主恒星，导致热量过多，从而使得行星大气出现膨胀。

美国宇航局凌日系外行星勘测卫星 (TESS) 最初发现了这颗行星，卡诺迪亚带领的研究团队随后使用地面仪器进行了后续观测，其中包括：径向速度仪 (NEID) 和恒星斑点成像仪 (NESSI)，它们都安装在基特峰国家天文台 WIYN 陆基望远镜上；霍比-埃伯利望远镜上的宜居带行星探测仪 (HPF)、怀俄明州红丘天文台 (RBO)。

目前，凌日系外行星勘测卫星 (TESS) 观测了这颗位于恒星前方 TOI-3757 b 行星的交叉位置，这让天文学家计算出这颗行星的直径大约 15 万千米，比木星直径略大。该行星环绕主恒星公转一周仅需 3.5 天，比太阳系距离太阳最近的行星 —— 水星，公转周期少 25 倍，水星环绕太阳一周需要 88 天。

之后天文学家使用 NEID 和 HPF 测量恒星沿视线的表观运动，也被称为径向速度，这些测量数据提供了该行星的质量，据计算，TOI-3757 b 平均密度为 0.27 克 / 立方厘米，意味着它的密度不足土星一半，大约是水密度的四分之一 (如果它放在装满水的巨大浴缸中就会漂浮起来)，或者实际上它的密度类似于棉花糖。

美国宾夕法尼亚州大学博士后研究员杰西卡・利比-罗伯茨 (Jessica Libby-Roberts) 说：“未来使用詹姆斯・韦伯太空望远镜对这颗行星大气层进行潜在观测，可能有助于揭晓其蓬松的本质，发现更多这样拥有巨行星的恒星系统，是我们洞察行星如何形成的一个重要环节，毕竟在红矮星周围发现巨行星非常罕见。”

该发现证明径向速度仪 (NEID) 在探测候选系外行星方面的重要性，为詹姆斯・韦伯空间望远镜提供了跟踪并开始描述其大气特征的重要目标，帮助天文学家揭晓行星的组成成分，是如何形成的，对于可能适宜居住的岩石行星，它们是否能支持生命存活。