宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，一颗比太阳大得多的行星的发现，对之前对行星及其太阳系形成的理解提出了质疑。
在今天(11月30日)在线发表在《科学》杂志上的一篇论文中，研究人员报告说，他们发现了一颗行星，其质量是地球的13倍多，围绕着“超级酷”恒星LHS 3154运行，而LHS 3154本身的质量比太阳小9倍。这颗新发现的行星与其主恒星的质量比是地球和太阳的质量比的100多倍。
这一发现揭示了一颗已知质量最大的行星在一颗超冷矮星的近距离轨道上运行，这颗恒星是宇宙中质量最小、最冷的恒星。这一发现与当前理论对小恒星周围行星形成的预测相悖，标志着首次发现如此高质量的行星围绕着如此低质量的恒星运行。
宾夕法尼亚州立大学凡尔纳·m·威拉曼天文学和天体物理学教授、该论文的合著者苏夫拉斯·马哈德万说:“这一发现确实让我们明白了我们对宇宙知之甚少。”“我们不希望在这样一颗低质量恒星周围存在这么重的行星。”
他解释说，恒星是由大量的气体和尘埃云形成的。恒星形成后，气体和尘埃仍以物质盘的形式围绕新生恒星运行，最终可能发展成行星。
Mahadevan说:“低质量恒星LHS 3154周围的行星形成盘预计没有足够的固体质量来形成这颗行星。”“但它就在那里，所以现在我们需要重新审视我们对行星和恒星如何形成的理解。”
研究人员利用马哈德万领导的一个科学家团队在宾夕法尼亚州立大学建造的天文光谱仪发现了这颗名为LHS 3154b的超大行星。这台仪器被称为“宜居带行星探测器”(HPF)，旨在探测围绕太阳系外温度最低的恒星运行的行星，这些行星表面可能存在液态水——这是生命的关键成分。
虽然在像太阳这样的恒星周围很难探测到这样的行星，但超冷恒星的低温意味着，相对于地球和太阳，表面有液态水的行星离它们的恒星要近得多。Mahadevan解释说，这些行星和它们的恒星之间的距离更短，再加上超冷恒星的质量更低，这就产生了一个可探测的信号，宣布了行星的存在。
“把星星想象成篝火。火越冷，你就越需要靠近火来保暖，”马哈德万说。行星也是如此。如果恒星更冷，那么一颗行星就需要离恒星更近，如果它足够温暖，可以容纳液态水。如果一颗行星的轨道离它的超冷恒星足够近，我们可以通过观察恒星光谱或光线颜色的微妙变化来探测它，因为它被轨道行星牵引。”
HPF位于德克萨斯州麦克唐纳天文台的霍比-埃伯利望远镜上，提供了迄今为止来自附近恒星的红外信号的一些最高精度的测量。
“用HPF进行发现是非常特别的，因为它是我们从头开始设计、开发和建造的一种新仪器，目的是观察最低质量恒星周围未知的行星群，”gu - mundur Stefánsson说，他是普林斯顿大学NASA天体物理学萨根研究员，也是论文的主要作者，他帮助开发了HPF，并在宾夕法尼亚州立大学攻读研究生时参与了这项研究。“现在我们正在收获回报，了解到这群令人兴奋的行星围绕着一些最附近的恒星运行的新的和意想不到的方面。”
Stefánsson解释说，该仪器已经获得了发现和确认新行星的关键信息，但行星LHS 3154b的发现超出了所有人的预期。
宾夕法尼亚州立大学天文学研究生、该论文的合著者梅根·德拉马尔说:“根据目前使用HPF和其他仪器的调查工作，像我们发现的这样的物体可能非常罕见，所以探测到它真的很令人兴奋。”“我们目前的行星形成理论很难解释我们所看到的。”
Delamer解释说，以环绕LHS 3154恒星运行的大质量行星为例，研究小组通过测量推断出的重行星核心需要比当前模型预测的更多的固体物质在行星形成盘中。这一发现也对先前对恒星形成的理解提出了质疑，因为像LHS 3154这样的恒星周围的尘埃质量和尘埃与气体的比例——当它们年轻和新形成的时候——需要比观测到的高10倍，才能形成一个像团队发现的那样大的行星。
马哈德万说:“我们的发现为所有现有的行星形成理论提供了一个极端的测试案例。”“这正是我们建造HPF的目的，发现银河系中最常见的恒星是如何形成行星的，并找到这些行星。”
该论文的其他宾夕法尼亚州立大学作者包括埃里克·福特、布里安娜·扎瓦兹基、弗雷德·哈迪、安德里亚·林、劳伦斯·拉姆齐和杰森·赖特。该论文的其他作者有普林斯顿大学的Joshua Winn，莱顿大学的Yamila Miguel，加州大学欧文分校的Paul Robertson和加州大学的Rae Holcomb，卡内基科学研究所的Shubham Kanodia，美国宇航局戈达德太空飞行中心的Caleb Cañas，印度塔塔基础研究所的Joe Ninan，卡尔顿学院的Ryan Terrien, Brendan Bowler, William Cochran，德克萨斯大学奥斯汀分校的Michael Endl和Gary Hill，亚利桑那大学的Chad Bender, Scott Diddams，科罗拉多大学的Connor Fredrick和Andrew Metcalf，加州理工学院喷气推进实验室的Samuel Halverson，亚利桑那大学的Andrew Monson，约翰霍普金斯大学的Arpita Roy，澳大利亚麦考瑞大学的Christian Schwab，以及德克萨斯大学奥斯汀分校Hobby-Eberly望远镜的Gregory Zeimann。
这项工作由宾夕法尼亚州立大学系外行星和宜居世界中心、宾夕法尼亚太空资助联盟、美国国家航空航天局、美国国家科学基金会和海辛-西蒙斯基金会资助。
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