荒謬的檸檬形狀世界與我們見(jiàn)過(guò)的任何東西截然不同

一顆新發(fā)現(xiàn)的系外行星必須成為銀河系中我們見(jiàn)過(guò)的最奇特世界的王冠。

它叫PSR J2322-2650b，所有東西都非常瘋狂。這是個(gè)熱的木星繞軌道運(yùn)行一毫秒脈沖星被恒星引力拉伸成檸檬形狀。它的大氣中有碳蒸氣，內(nèi)部可能以氦為主，整個(gè)大氣以極快的速度旋轉(zhuǎn)——在反方向行星自轉(zhuǎn)的。

“這真是個(gè)大驚喜，”天文學(xué)家高彼得說(shuō)卡內(nèi)基地球與行星實(shí)驗(yàn)室的成員。“我記得我們記錄數(shù)據(jù)后，大家的反應(yīng)是'這到底是什么？'”

相關(guān)報(bào)道：我們剛發(fā)現(xiàn)一顆臭氣熏天的系外行星

毫無(wú)疑問(wèn)，我們的宇宙能夠創(chuàng)造一些奇異的世界，范圍廣泛棉花糖般的氛圍自金屬云和剛玉雨自超致密“子彈”系外行星。

盡管他們經(jīng)常推動(dòng)看似可能的界限，大多數(shù)世界的性質(zhì)和行為都可以被理解。PSR J2322-2650b 難以簡(jiǎn)單解釋;它的性質(zhì)其實(shí)并不符合已知的行星演化路徑。

“很難想象你是如何獲得如此高度碳濃集的成分的，”天文學(xué)家張邁克爾說(shuō)芝加哥大學(xué)的。“這似乎排除了所有已知的形成機(jī)制?！?/p>

讓我們從這顆恒星PSR J2322-2650（與系外行星相同，但末尾沒(méi)有“b”）開(kāi)始，距離約2055光年。這是一種被稱(chēng)為毫秒脈沖星–一個(gè)中子星并附帶了更多功能。

中子星本身就夠極端的，它由一顆大質(zhì)量恒星的超致密坍縮核心形成，而這顆恒星已經(jīng)死亡并爆發(fā)了超新星。這些殘余可以達(dá)到質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的2.3倍，被壓縮成直徑僅20公里（12英里）的球體。

中子星被升級(jí)到毫秒級(jí)脈沖星它們以毫秒的速度旋轉(zhuǎn)——PSR J2322-2650僅為3.46毫秒——同時(shí)從極地精確發(fā)射強(qiáng)力射線和伽馬射線束。

這促成了PSR J2322-2650b的發(fā)現(xiàn)回到2017年.天文學(xué)家注意到，他們預(yù)期在主星的無(wú)線電脈沖中看到的精度有些......怪怪的。他們仔細(xì)檢查了時(shí)間，追蹤到擾動(dòng)源于一個(gè)未見(jiàn)的行星質(zhì)量伴星，約占木星質(zhì)量的80%，繞脈沖星旋轉(zhuǎn)7.8小時(shí)。

這就是我們所知的全部，直到JWST對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了深入考察。由于太空望遠(yuǎn)鏡以紅外波長(zhǎng)觀測(cè)宇宙，而非從恒星發(fā)射的無(wú)線電和伽馬射線，因此能清晰觀測(cè)系外行星，成為極佳的觀測(cè)機(jī)會(huì)。

“這個(gè)系統(tǒng)獨(dú)特之處在于，我們能夠觀察被主恒星照亮的行星，但卻看不到主星本身，”天文學(xué)家瑪雅·貝列茲奈說(shuō)斯坦福大學(xué)的?！斑@樣我們就能得到非常純凈的光譜。而且我們能比普通系外行星更詳細(xì)地研究這個(gè)系統(tǒng)?！?/p>

這帶來(lái)了對(duì)全球大氣條件的一系列觀測(cè)，包括風(fēng)速和風(fēng)向、溫度以及成分。

行星科學(xué)家基于之前對(duì)系外行星大氣的研究和基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)，對(duì)系外行星大氣應(yīng)有的樣子有一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)。作為第一個(gè)被分析大氣層的脈沖星世界，PSR J2322-2650b可能存在一些異?，F(xiàn)象，但沒(méi)人完全預(yù)料到JWST觀測(cè)結(jié)果。

首先，由于系外行星距離恒星如此接近，其大氣層被宿主的引力拉成了足球形狀。該大氣被伽馬射線束縛，使其溫度約為1900開(kāi)爾文（1630攝氏度，或2960華氏度）——遠(yuǎn)高于僅靠恒光加熱時(shí)的1300開(kāi)爾文。

大氣層也在系外行星向西飛速移動(dòng)，與行星東向自轉(zhuǎn)方向相反，而東自轉(zhuǎn)被鎖定在脈沖星軌道上。

行星組成則是一切變得有些奇特的地方，大量碳可能在低空結(jié)晶成鉆石雨。

“這是一種前所未有的行星大氣，”張說(shuō).“我們沒(méi)有看到我們?cè)谙低庑行巧项A(yù)期的正常分子——比如水、甲烷和二氧化碳——而是分子碳，特別是碳₃以及C₂."

其中一些答案可能藏在這樣一個(gè)問(wèn)題中：一顆行星如何在產(chǎn)生中子星的核心坍縮超新星爆炸中幸存？其實(shí)，這個(gè)問(wèn)題有很好的答案。至少在PSR J2322-2650b的情況下，情況并非如此。

根據(jù)其特性，張和他的同事認(rèn)為，這顆系外行星可能根本不是作為行星開(kāi)始——它最初是作為一顆氦星開(kāi)始生命的。

被稱(chēng)為黑寡婦的脈沖星存在于與其他恒星的雙星系統(tǒng)中，它們像黑寡婦蜘蛛吞噬伴侶一樣慢慢吞噬它們。這種侵蝕解釋了系外行星內(nèi)部的氦氣，甚至大氣中的碳。

即便如此，仍有一些問(wèn)題存在。

“伴星冷卻時(shí)，內(nèi)部的碳氧混合物開(kāi)始結(jié)晶。”天體物理學(xué)家羅杰·羅馬尼說(shuō)斯坦福大學(xué)和卡夫利粒子天體物理與宇宙學(xué)研究所。

“純碳晶體浮到頂部并與氦混合，這就是我們所看到的。但隨后必須采取措施阻擋氧氣和氮?dú)?。這正是爭(zhēng)議所在?！?/p>

由于伴星不再處于能夠支持原子核聚變的質(zhì)量，它不再能被歸類(lèi)為恒星，甚至不能歸類(lèi)為棕矮星——這又是模糊界限的又一證據(jù)行星與恒星之間.

未來(lái)的觀測(cè)或許有助于解開(kāi)這個(gè)前所未見(jiàn)系統(tǒng)的奇異性。

“知道一切也挺好的，”羅姆尼說(shuō).“我很期待了解更多關(guān)于這氛圍的怪異。有個(gè)謎題可以追逐真是太好了。”

該研究已發(fā)表于天體物理學(xué)雜志通訊.

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