科学家找到了答案!神秘的“棉花糖”行星真面目将揭晓

有一种系外行星,天文学家称之为“棉花糖行星”。它们很神秘,因为它们的质量和它们极大的半径不匹配。这两个特征的存在意味着它是一个密度极低的行星。在我们的太阳系中,没有类似它们的存在,而在遥远的星系中想要找到并认识它们一直是个巨大的挑战。但是现在,两位天文学家可能已经找到了答案。

天文学家是卡耐基大学的安东尼·皮罗和加州理工学院的什里亚斯·维斯帕拉格达认为,如果这些行星根本不像棉花糖那么轻盈,而是因为它们实际上被光环包围着呢?简单来讲,它们可能拥有类似土星环一样的存在,导致它们看起来很庞大。

行星搜寻者已经发现了超过4000颗被证实的系外行星。通过仔细的观察,天文学家可以限制系外行星的特征,比如密度、质量、大小,甚至是它们是否处于恒星的宜居带。但没有真正的方法来确定这些遥远的物体是否有光环。而我们太阳系中所有的气态巨行星和冰态巨行星都有光环,尽管只有土星的光环很容易辨认。

行星的搜寻

我们知道,大量的系外行星是科学家用凌日法发现的。所谓凌日是指,当它从它的主恒星和我们之间经过时,会遮挡住恒星向我们发出的光线,继而引起亮度的偏差。根据这颗行星的凌日现象,天文学家可以探测到一颗行星。这也是他们如何确定一颗行星的其他特征,以及观察恒星对行星运动的响应方法。

但是凌日法不能告诉天文学家行星是否有光环。在一次思维实验中,天文学家想知道像土星这样的行星在一个遥远的观察者眼中会是什么样子。

所以科学家开始思考,如果你从一个遥远的世界回望我们,你会认出土星是一颗环状的行星,还是在一个外星天文学家看来,它是一颗膨胀的行星?

这是美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄到的土星的惊人景象。对于使用凌日法的远距离观察者来说,土星是什么样子的呢?在他们的研究中,研究人员表示,在每一个季度所观测到的土星样子都不一样,如果一个外部观察者测量土星在运行中的尺寸,而不考虑土星环,他们会低估它的真实密度大约两倍。

他们在理论的基础上进行了实际的实验或模拟。研究人员模拟了一颗环状行星在太阳前面经过,以及对一位拥有强大观测仪器的遥远天文学家来说,这将会是什么样子。他们还研究了光环中影响观测结果的物质类型。

结果喜忧参半,根据他们的工作,光环可以解释一些膨胀行星,但不是所有的行星。在他们的论文中,他们说:“我们发现这种解释对一些超级行星有效,但对另一些却有困难。包括膨胀行星的无特征光谱。在这里,我们考虑是否他们可能有大的推断半径,因为他们实际上是环状的。这自然可以解释为什么迄今为止“棉花糖”星球只会显示出毫无特征的过境光谱。因为正常情况下,系外行星会有光谱,但如果有光环,就没有光谱。”

科学家继续说到:“我们发现这个假设在某些情况下是成立的,但不是所有情况下都成立。由于超级巨星离母星很近,因此需要一个由岩石组成的环,而不是由冰组成的环。这反过来又限制了环本身的半径。

半径的限制意味着光环可以解释一些膨胀行星,但不是所有的行星。除非这些环是由多孔材料构成的。而开普勒51的三颗行星都是膨胀行星,它们是已知密度最低的三颗。事实上,虽然它们都是木星大小的行星,但它们的质量只是地球的几倍。这些行星的轨道往往接近它们的主恒星,这意味着这些环必须是岩石的,而不是冰的。但是岩石环半径只能这么大,除非岩石是多孔的,所以不是所有的超级膨胀都符合这些限制条件。

但是构成岩石环的物质密度只能这么大,而且只能构成一定大小的环。如果密度太大,离地球太远,它就会结合成卫星。

这两位研究人员说,至少有三颗观测到的膨胀行星可以用环来解释:开普勒87c和177c以及HIP 41378f。开普勒87c和海王星一样大,但它的质量只有地球的6.4倍。他们名单上的其他两个在大小和质量上也有类似的差异。

不幸的是,就像天文学中的许多问题一样,我们没有观测能力去发现这项研究是否准确。对明亮目标的地面观测已经很接近了,但已知的膨胀行星的主恒星太暗了。和天文学中的其他问题一样,我们必须等待詹姆斯·韦伯太空望远镜为这个问题带来答案。目前没有任何观测设施能够探测到系外行星的环。如果这些系外行星中有任何一颗被证实有光环,这将是一个重要的进展。它将帮助天文学家更好地理解行星系统是如何形成的,以及它们是如何进化的。


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