韋布發現詭異巨行星：形如橄欖，內核或裝滿鉆石

科學家原以為他們已經非常了解行星，直到發現PSR J2322-2650b。

PSR J2322-2650b的形狀看起來可能像一個橄欖。

NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford (STScI)

科學家原以為他們已經非常了解行星，直到發現PSR J2322-2650b。

在韋布太空望遠鏡的協助下，科研人員發現了一顆無論從形態還是成分都異常古怪的系外行星。

行星名為PSR J2322-2650b，質量相當于木星，但其成分非常特別——它的大氣層主要由氦和碳組成，而天文學家此前從未見過樣的大氣構成。

在PSR J2322-2650b上，從云端到地底，可能都充滿了黑色的碳灰。而在它的核心處，這些碳還可能因為極端的壓力而以鉆石形態存在。

PSR J2322-2650b圍繞著一顆脈沖星旋轉。這是一顆毫秒脈沖星，主要發射伽馬射線以及其他高能粒子。這些韋布是看不到的。但也正是由于沒有亮星的干擾，人們才有機會看清楚它身邊的行星。

主持研究的芝加哥大學Michael Zhang表示，這顆行星圍繞著一顆質量與太陽相當，體積卻只有一座城市般大的奇特天體運行。而這顆行星的大氣層也是前所未見的——那里沒有常見的水、甲烷和二氧化碳，而是充滿了分子碳，尤其是C?和C?。

分子碳的存在很不尋常。因為PSR J2322-2650b的大氣溫度極高，在649℃（夜間最低溫度）至2038℃（日間最高溫度）之間。在這樣的高溫環境中，碳會迅速與其他物質結合在一起。只有在幾乎沒有氧或氮的情況下，分子碳才會在大氣層中占主導地位。此前天文學家還沒有在其他任何行星上發現過分子碳，無論是在太陽系內還是太陽系外。

PSR J2322-2650b和它的主星極近，僅161萬公里。相比之下，地球和太陽的距離大約有1.5億公里。所以PSR J2322-2650b的公轉周期極短，只有7.8小時。由于距離脈沖星太近，這顆質量相當于木星的行星在引力場中嚴重變形，看起來就像一個巨大的橄欖。

天文學家認為，這個天體系統可能是一種罕見雙星系統的某種特例。這種雙星系統被謔稱為“黑寡婦”，通常由高速旋轉的脈沖星和小型低質量恒星伴星組成。“黑寡婦”內伴星的物質會向脈沖星轉移，并導致脈沖星的自轉速度加快，產生強烈的星風。星風和輻射反過來又會繼續轟擊伴星，使其逐漸蒸發殆盡。

然而PSR J2322-2650b卻是一顆行星。按照國際天文學聯合會的定義，質量低于木星13倍，圍繞恒星、褐矮星或恒星殘骸運行的天體是行星。PSR J2322-2650b正是如此。

在已知的大約6000顆系外行星中，擁有行星的脈沖星數量本來就少。 而PSR J2322-2650b還是已知唯一一顆圍繞脈沖星運行的氣體巨行星。

最讓科學家感興趣的是這顆行星的形成機制。因為它的成分與普通行星截然不同。已知的形成機制，都無法解釋它這種極度富碳的特征。

研究人員提出了一種可能性。來自斯坦福大學和卡弗里粒子天體物理宇宙研究所的 Roger Romani認為，隨著行星溫度的下降，其大氣內部的碳氧混合物會產生結晶。韋布觀測到的現象，是純碳晶體上升至大氣頂部并與氦氣混合在一起后的結果。但即便是這樣，也須具備某種機制，將氧和氮隔絕開才行，否則行星大氣中的碳很有可能在瞬間燃爆。而這才是最大的謎團之所在。

藝術家筆下描繪的PSR J2322-2650b（左）和它的主星——一顆高速旋轉的中子星，亦即脈沖星（右）。質量巨大的脈沖星引力場，將這顆質量相當于木星的行星拉伸成了奇怪的橄欖形。

NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford (STScI)

參考

NASA’s Webb Observes Exoplanet Whose Composition Defies Explanation

https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-observes-exoplanet-whose-composition-defies-explanation/