发现了第一个暴露的行星核心–所谓的“海王星沙漠”中的一个极其不寻常的行星

艺术家的印象是在海王星沙漠中出现了一个海王星大小的星球。很难找到如此大小和密度如此接近恒星的物体。

新发现的系外行星TOI 849 b提供了独特的机会，可以窥视行星内部并了解其组成。它绕着约730光年远的恒星旋转，这与我们的太阳非常相似。在我们的太阳系中，裸露的核心与海王星大小相同。研究人员认为，这是一家气态巨人，或者由于其特殊的情况而被剥夺了其气态大气，或者在其早期生命中未能完全形成一个气态巨气。由沃里克大学物理系的戴维·阿姆斯特朗博士领导的研究小组今天发表在《自然》杂志上。PD伯尔尼大学物理研究所的Christoph Mordasini博士领导了对该发现的理论解释。

一年只有18个小时

TOI 849 b在所谓的“海王星沙漠”中是一个非常不寻常的行星，该术语被天文学家用于靠近恒星的区域，在该区域我们很少看到海王星的质量或更大的行星。该研究的主要作者，沃里克大学的戴维·阿姆斯特朗博士说：考虑到它的质量，行星奇怪地接近它的恒星。换句话说，在如此短的轨道周期内，我们看不到具有这种质量的行星。TOI 849 b的轨道是如此之靠近其母星，以至于一年仅18个小时，其表面温度约°为1,500C。

克里斯托夫·莫达西尼（Christoph Mordasini）解释说：“我们已经确定了行星的质量和半径。TOI-849b的重量约为地球的40倍，但其半径仅为地球半径的3.4。”因此，行星具有高密度，因此必须主要由铁，岩石和水组成，但只有很少的氢和氦。“这么少的氢气和氦气对于如此庞大的行星来说确实令人惊讶。我们希望一颗如此庞大的行星在形成时会吸收大量的氢和氦。”

大卫·阿姆斯特朗（David Armstrong）补充说：“我们看不到这些气体的事实使我们知道TOI 849 b是裸露的行星芯。”这是第一次在恒星周围发现气体巨人的完整裸露核心。

红线显示的是模拟行星的演变轨迹，该轨迹最终具有与实际行星TOI-849b相似的特性，正如在行星形成和演化的伯尔尼模型中所发现的那样。在半长轴平面中以天文单位（AU）表示轨道，在x轴上表示距恒星的轨道距离，在y轴上表示以木星半径表示的行星半径。蓝红色点显示该模型预测的其他行星。显示了地球和木星的位置以进行比较。行星在初始时间t = 0年开始以约6 AU的小行星形胚开始形成。在接下来的一百万年中，原行星的质量不断增长，这增加了它的半径。在这个阶段，行星的半径仍然很大，因为它被嵌入形成行星的原行星盘中。原行星质量的增加导致它向内向恒星迁移。这再次减小了行星的尺寸。在350万年后，行星已迁移到磁盘的内边缘。在那里，它与行星系统中的另一个原行星遭受了非常有力的巨大冲击。碰撞中释放出的巨大热量使该行星的气态外壳大大膨胀。罗氏裂片溢流使包络线丢失，裸露的行星核心就形成了。在接下来的数十亿年中，由于潮汐相互作用，裸露的核慢慢向其宿主恒星旋转。现在，模拟行星具有诸如质量，半径和轨道距离之类的属性，这些属性与观察到的TOI-849b的属性非常相似，该属性由黑黄色符号表示。最终，在大约95亿年之后，地球坠入了它的宿主恒星。

自2003年以来，伯尔尼大学一直在不断开发“行星形成和演化的伯恩模型”。克里斯托夫·莫达西尼（Christoph Mordasini）说：“在我们的模型中，我们结合了对行星形成和演化所涉及的多种过程的见解。”得益于享誉全球的伯尔尼模型，理论上可以解释系外行星TOI 849b的发现。

基于伯尔尼模型，可以提出两种理论来解释为什么TOI 849 b不是典型的天然气巨人，而是裸露的行星核。克里斯塔夫·莫达西尼（Christoph Mordasini）说：“首先，系外行星曾经与木星相似，但几乎通过各种过程失去了所有的外部气体。”其中可能包括潮汐破坏，这是因为该行星的离轨道太近而无法撕裂，甚至与另一颗行星发生碰撞。大气的大规模光蒸发也可能起一定作用，但不能解释所有损失的气体。

另外，TOI 849 b可能是“失败的”天然气巨头。“一旦天然气巨头的核心形成，那么可能会发生非常不寻常的事情，而且它再也不会像通常那样形成巨大的气氛。”如果行星因与行星的重力相互作用而形成的尘埃和气体盘中存在间隙，或者如果该盘正好在气体积聚正常发生的那一刻耗尽材料，则可能发生这种情况。添加。

大卫·阿姆斯特朗（David Armstrong）说：“我们的发现证明存在这样的行星，我们可以对其进行追踪。我们有机会以我们自己的太阳系无法做到的方式审视行星的核心。”

如何发现和分析TOI 849 b

美国国家航空航天局（Transiting Exoplanet）勘测卫星（TESS）在使用恒星方法对恒星进行调查时发现了TOI 849 b：卫星测量恒星的亮度。亮度下降表示一颗行星已经通过了它们的前方。

然后使用欧洲领导的智利南部拉皮拉天文台在瑞士领导下制造的HARPS仪器对TOI 849 b进行了分析。这利用多普勒效应来测量系外行星的质量，方法是测量系外行星的“摆动”，即朝向和远离我们的小运动，这表示恒星光谱的微小变化。

“行星形成与演化的伯恩模型”

使用“行星形成和演化的伯恩模型”，可以对行星是如何形成的以及如何演化的做出陈述。自2003年以来，伯尔尼大学一直在不断开发伯尔尼模型。该模型整合了对与行星形成和演化有关的多种过程的见解。例如，这些是吸积（行星核的生长）或行星如何在重力作用下相互影响以及形成行星的原行星盘中的过程的子模型。该模型还用于创建所谓的人口综合，从而显示出哪些行星在一定条件下在原行星盘中发展的频率。举世闻名的伯尔尼模型也被用于理论上的解释，例如TOI 849 b系外行星的发现。

有关此发现的更多信息：

参考：大卫·阿姆斯特朗（David Armstrong）等人于2020年7月1日在《自然》杂志上发表的“海王星沙漠中的残留行星核”，DOI：
10.1038 / s41586-020-2421-7