研究人員發現了一顆海王星大小的行星TOI-3261 b，它每21小時繞恆星運行一圈，屬於罕見的”熱海王星”。這顆行星為了解靠近恆星的行星的形成和大氣演化提供了重要訊息，表明其初始質量較大，隨後大氣剝離。

藝術家眼中的”熱海王星”TOI-3261 b. 圖源：NASA/JPL-Caltech/K. Miller (Caltech/IPAC)

發現TOI-3261 b：一顆罕見的熱海王星

TOI-3261 b是一顆海王星大小的行星，它繞主星運行的距離非常近。 它是已知的第四顆同類行星，為了解這種罕見行星的形成過程提供了寶貴的資訊。

這項發現是由一個國際科學家小組利用NASA 的凌日系外行星巡天衛星（TESS）完成的。 澳洲、智利和南非的地面望遠鏡進行的後續觀測證實了這項發現。 TOI-3261 b位於天文學家所說的”炙熱的海王星沙漠”–在這一空間區域，這種大小和成分的行星異常稀少。

TOI-3261 b的大小和組成與海王星相似，但它的突出特點是軌道非常緊湊，僅用21個小時就完成了一”年”。 這種快速的軌道將這顆系外行星歸入了一個非常獨特的類別：具有精確測量質量的超短週期熱海王星，迄今為止只發現了三顆。

熱海王星大氣層的挑戰

系外行星TOI-3261 b 被證明是測試行星形成的新電腦模型的理想候選者。 熱海王星之所以如此罕見，部分原因是很難在如此靠近恆星的地方保留厚厚的氣態大氣層。 恆星的質量很大，因此會對周圍的事物產生巨大的引力，這可能會剝離附近行星周圍的氣體層。 恆星也會釋放出巨大的能量，將氣體層吹散。 這兩個因素意味著，像TOI-3261 b這樣的熱海王星一開始可能是大得多的木星大小的行星，後來失去了大部分質量。

透過模擬不同的起點和發展情景，科學團隊確定這顆恆星和行星系統大約有65億年的歷史，這顆行星一開始是一顆大得多的氣態巨行星。 不過，它很可能是透過兩種方式失去質量的：一種是光蒸發，即恆星的能量導致氣體粒子消散；另一種是潮汐剝離，即恆星的引力將行星上的氣體層剝離。 這顆行星也可能是在離恆星較遠的地方形成的，在那裡這兩種效應的強度都會較小，使它能夠保留大氣層。

大氣層之謎與未來研究

這顆行星殘留的大氣層是其最有趣的特徵之一，它可能需要進一步的大氣分析，或許有助於揭開這個”炎熱海王星沙漠”居民的形成歷史。 TOI-3261 b行星的密度大約是海王星的兩倍，這表明其大氣層中較輕的部分已經隨著時間的推移被剝離，只剩下較重的成分。

這表明，這顆行星的大氣層一開始肯定含有各種不同的元素，但現階段很難說清楚到底是什麼元素。 也許可以利用美國太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡對這顆行星進行紅外光觀測，從而揭開這個謎團。 這不僅有助於天文學家了解TOI-3261 b 的過去，也將開始揭示所有高溫巨行星背後的物理過程。

擴大超短週期熱海王星俱樂部

2020 年首次發現了超短週期熱海王星LTT-9779 b。 此後，TESS發現的TOI-849 b和TOI-332 b也加入了超短週期熱海王星精英俱樂部（品質已被精確測量）。 LTT-9779 b和TOI-849 b都在詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的紅外線觀測隊列中，有可能在未來幾年中拓寬我們對這些行星大氣層的了解。

由南昆士蘭大學天文學家艾瑪-納比（Emma Nabbie）領導的國際科學小組發表了關於這一發現的論文《在炎熱的海王星沙漠中生存》（Surviving in the Hot Neptune Desert）： 2024 年 8月，《天文雜誌》（The Astronomical Journal）發表了他們的論文《在炎熱的海王星沙漠中生存：超熱海王星TOI-3261 b 的發現》。

編譯自/ ScitechDaily