NASA发现柠檬形系外行星，拥有奇特的碳大气层

使用NASA詹姆斯·韦伯空间望远镜的科学家们发现了一颗奇异的系外行星,其大气成分挑战了天文学家们对行星形成的所有认知。PSR J2322-2650b是一颗木星质量的行星,围绕一颗快速旋转的中子星运行,其大气主要由氦和碳构成,这与此前研究过的约150颗系外行星都不同。

这颗行星距离其宿主脉冲星极近——仅100万英里,相比之下地球距太阳9300万英里——产生的巨大引力将这颗行星拉成独特的柠檬形状。其轨道周期仅为7.8小时,行星经历的温度在1,200至3,700华氏度之间波动。

"这绝对是个惊喜,"华盛顿卡内基地球与行星实验室的研究合著者彼得·高(Peter Gao)说。"我记得我们拿到数据后,大家的集体反应是'这到底是什么鬼?'"

前所未有的大气成分

由芝加哥大学的 Michael Zhang 领导的发现团队发现，这颗行星的大气以分子碳为主——具体来说是 C3 和 C2——而不是通常在系外行星上发现的水、甲烷和二氧化碳。根据美国航天局（NASA）的说法，目前尚未发现任何其他已知系外行星具有可检测到的分子碳。

这种富碳大气中很可能含有烟尘云，在行星深处的巨大压力下，这些烟尘云可能会冷凝并形成钻石。根据已被《天体物理学期刊快报》（The Astrophysical Journal Letters）接收发表的研究，这种极端的碳富集——其碳氧比和碳氮比分别超过 100 和 10,000——对当前关于“黑寡妇”系统的理论构成了挑战。

一个无法解释的系统

PSR J2322-2650b存在于天文学家所称的"黑寡妇"系统中,在这种系统中,脉冲星通过无情的辐射缓慢地吞噬其伴星。脉冲星发射出电磁辐射束,主要是伽马射线,这些射线对韦布的红外传感器来说是不可见的。这一独特特性使科学家能够在没有恒星光干扰的情况下,以前所未有的细节研究这颗行星。

"这个系统的独特之处在于,我们能够观察到被宿主恒星照亮的行星,但却完全看不到宿主恒星本身,"斯坦福大学博士研究生Maya Beleznay说道,她参与了该行星轨道建模工作。

斯坦福大学和卡夫利粒子天体物理学与宇宙学研究所的Roger Romani对这种不寻常的成分组成提出了一种可能的解释。"随着伴星冷却,内部的碳氧混合物开始结晶,"Romani推测。"纯碳晶体浮到顶部并混入氦中,这就是我们看到的。但随后必定发生了某些事情使氧和氮保持远离。这就是谜团所在。"

这一发现凸显了韦布在研究极端行星环境方面的能力,这些环境是地面望远镜无法观测到的。