倫敦大學學院（UCL）和華威大學的研究人員最近的一項研究顯示，質量不到太陽一半的恆星可以孕育出類似於木星的巨大氣體巨行星，這與普遍的行星形成理論相矛盾。氣態巨行星與其他天體一樣，起源於環繞著年輕恆星的物質盤。核心吸積理論認為，這些行星最初形成一個由岩石、冰和其他重固體組成的核心，在達到地球質量的15至20倍時，吸引了一個氣態的外層。

然而，模型預測，低質量恆星的低質量盤不會提供足夠的材料以這種方式形成一個氣態巨行星，或者至少在盤破裂之前不會足夠快。

這項研究最近發表在《皇家天文學會月刊》（MNRAS）上，由英國科技設施委員會（STFC）資助，研究人員利用美國宇航局的凌日系外行星調查衛星（TESS）的觀測數據，對91,306顆低質量恆星進行了研究，在15個案例中發現亮度下降，對應於一個氣體巨頭從恆星前面經過。

藝術家對NGTS-1b號行星日出的印象，這是以前發現的圍繞一顆低質量恆星運行的氣體巨行星。資料來源：華威大學/馬克-加里克

15顆潛在的巨行星中，有5顆後來用獨立的方法被確認為行星。這些被確認的行星中，有一顆圍繞著一顆質量為太陽五分之一的恆星運行–根據行星形成模型，這是不可能的。

主要作者埃德-布萊恩特博士（英國倫敦大學穆拉德空間科學實驗室，原華威大學），作為其博士論文的一部分發起了這項工作，他說：”低質量的恆星在形成巨行星方面比我們想像的要好。我們的結果對行星形成模型提出了嚴重的問題。特別是，我們檢測到圍繞低至太陽質量20%的恆星運行的氣態巨行星，這與當前的理論構成了衝突。”

共同作者Vincent Van Eylen博士（UCL的Mullard空間科學實驗室）：”儘管罕見，但氣態巨行星確實存在於低質量恆星周圍，這是一個出乎意料的發現，這意味著行星形成的模型將需要被修改。”

一種可能的解釋是，氣態巨行星不是通過核心吸積形成的，而是通過引力不穩定形成的，即圍繞恆星的圓盤碎裂成行星大小的塵埃和氣體團塊。如果是這樣的話，低質量的恆星可以承載非常大的氣體巨行星，質量是木星的兩到三倍。然而，這被認為是不可能的，因為低質量恆星周圍的星盤似乎沒有大到足以以這種方式破碎。

研究人員說，另一種解釋是，天文學家低估了一顆恆星盤的質量，這意味著小恆星畢竟可能通過核心吸積形成巨行星。

這可能是因為我們錯誤地計算了我們可以通過望遠鏡觀察到的星盤的質量，或者是因為星盤在恆星生命之初具有更大的質量，當時它們非常難以觀察（因為它們被嵌入塵埃雲中），而在恆星生命的後期，我們可以觀察到它們。

共同作者Dan Bayliss博士（華威大學）說：”我們對這些原行星盤的質量的了解可能並不像我們想像的那樣好。強大的新儀器，如詹姆斯-韋伯太空望遠鏡，將能夠更詳細地研究這些星盤的特性。”

在他們的論文中，研究人員試圖確定巨行星在低質量恆星周圍出現的頻率，測試這種出現率是否符合核心吸積模型的預測。

他們使用一種算法來識別低質量恆星發出的光線中的凌日氣態巨行星的信號。然後他們對這些信號進行了審查，排除了一些假性信號。

為了確定他們的方法有多大可能探測到圍繞這些恆星運行的實際氣體巨行星，他們在實際的TESS星光數據中插入了數以千計的凌日行星信號的模擬，然後運行他們的算法，看看有多少這些行星會被探測到。

現在，研究人員正在努力將他們確定的15顆候選行星中的9顆確認為行星（或排除）（到目前為止，有5顆已經被確認為行星，還有一顆假陽性）。這些候選行星有可能是伴星，或者可能有其他原因導致亮度下降。研究小組將通過尋找其宿主恆星位置的”晃動”來推斷這些物體的質量，這表明可能的行星的引力牽引。這種擺動可以通過對星光的光譜分析來檢測–測量不同的光帶來追踪恆星遠離我們或向我們移動的情況。