科學家們利用美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了一顆以前未知的系外行星。這顆行星的大氣層與當前關於行星如何形成的想法不一致。
新發現的世界形狀像一個拉長的檸檬。裡面甚至可能有鑽石。它們奇怪的性質使它們難以分類。它位於天文學家通常認為的行星和恆星之間。
一個與眾不同的碳世界
該天體的正式名稱為 PSR J2322-2650b，其大氣中的氦和碳含量比我們在大多數係外行星上習慣的氣體還要多。這顆行星的質量與木星相當，因此被黑暗、煙灰狀的雲層覆蓋。在世界內部的巨大壓力下，科學家們相信這些雲中的碳可以被壓縮成鑽石。行星圍繞快速旋轉的中子星運行。
儘管經過仔細觀察，但這顆行星到底是如何形成的尚不清楚。
“這顆行星圍繞著一顆極其奇怪的恆星運行。它的質量相當於太陽，但大小卻有一座城市那麼大，”芝加哥大學天體物理學家邁克爾·張 (Michael Zhang) 說。該研究的首席研究員說。該研究已被《天體物理學雜誌快報》接受發表。 “這是一種從未有人見過的新型行星大氣層。”
“這完全是一個驚喜，”華盛頓特區卡內基地球與行星實驗室的彼得·高說，“我記得我們得到數據後，我們的總體反應是‘這是什麼？’”
繞脈衝星運行的行星
PSR J2322-2650b 繞中子星（也稱為脈衝星）運行。它以驚人的速度旋轉
脈衝星在以毫秒為單位的時間尺度上從磁極發射強大的電磁束。大部分輻射以伽馬射線和其他高能粒子的形式出現。韋伯的紅外儀器看不到
這是因為恆星本身並不主導韋伯探測器。研究人員能夠觀察這顆行星的整個軌道。這幾乎是不可能的，因為大多數恆星的亮度都比周圍的行星亮得多。
斯坦福大學研究生瑪雅·貝勒茲奈 (Maya Beleznay) 幫助建立了行星的形狀和軌道模型，她說：“這個系統很獨特，因為我們可以看到一顆被恆星照亮的行星。但我根本沒有看到那顆恆星。”所以我們得到了非常純淨的光譜。我們可以比正常的系外行星更詳細地研究這個系統。 ”
發現震撼的氣氛
當科學家分析這顆行星大氣層的特徵時，他們發現了一些完全出乎意料的事情。
“我們沒有尋找我們期望在系外行星上看到的正常分子，例如水、甲烷和二氧化碳，而是看到了碳分子，特別是 C3 和 C2，”張說。
行星內部的巨大壓力可能會導致碳結晶。並可能在地表深處形成鑽石。
然而，最令人困惑的問題仍然沒有答案。
“很難想像如何獲得如此高的富含碳的成分，”張說。 “這似乎排除了所有已知的形成機制。”
致命擁抱中的星球
PSR J2322-2650b 的軌道非常靠近其恆星。相比之下，距離只有 100 萬英里。地球距太陽大約一億英里。
由於這種接近，行星可以在短短 7.8 小時（繞恆星運行的時間）內完成其繞恆星運行的軌道。
通過對行星移動時亮度的變化進行建模，研究人員發現，較重的脈衝星產生的強大引力正在將行星拉伸成檸檬狀。
該系統可能屬於一種罕見的類別，稱為黑寡婦。在這些系統中，快速旋轉的脈衝星與較小的低質量脈衝星配對。在早期階段，來自伴星的物質流向脈衝星。增加它的旋轉並用強風為其提供燃料。這樣的風加上強烈的輻射，會逐漸將物體從較小的物體上拉開
就像蜘蛛一樣，它的名字也由此而來。脈衝星將逐漸吃掉它的伴侶
然而，在這種情況下，伴星被國際天文學聯合會歸類為系外行星。不是明星
“它的形狀像普通行星嗎？不，因為成分完全不同，”張說。 “它是通過脫落恆星的外骨骼而形成的，就像‘正常的’黑寡婦系統一樣，對嗎？可能不是，因為核物理不會產生純碳。”
渴望解答的神秘科學家
斯坦福大學和卡維利天文學、粒子物理和宇宙學研究所的羅傑·羅馬尼 (Roger Romani) 是黑寡婦系統的世界領先專家之一。他為世界上奇怪的氣氛提供了一個可能的解釋。
“當我的同伴冷卻下來時，機艙內的碳氧混合物開始結晶，”羅馬尼說。 “純碳晶體上升到頂部並與氦混合。這就是我們所看到的。但隨後發生了一些事情，阻止了氧氣和氮氣。這就是爭論的焦點。”
“但不知道一切也很好，”羅馬尼補充道。 “我期待更多地了解這種奇怪的氣氛。有一個謎團可供追尋真是太好了。”
韋伯為何能有所作為？
這一發現之所以成為可能，是因為詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的紅外靈敏度和獨特的觀測條件。韋伯距地球約一百萬英里。它使用一個大遮陽傘來保持其工具的極冷。這對於檢測微弱的紅外信號是必要的。
“在地球上，很多東西都很熱，這種熱量確實會干擾觀測。因為它是你必須處理的另一個光子源，”張說。 “從地面上絕對不可能。”
芝加哥大學的其他貢獻者包括 Jacob Bean 教授、研究生 Brandon Park Coy 和芝加哥大學博士後研究員 Rafael Luque，現供職於西班牙安達盧西亞天文研究所。
該研究的資金來自美國宇航局和海辛-西蒙斯基金會。
