围绕小恒星运行的禁忌行星挑战气态巨行星形成理论

由卡内基的舒巴姆·卡诺迪亚(Shubham Kanodia)领导的天文学家团队发现了一个不寻常的行星系统，其中一颗大型气态巨行星围绕一颗名为TOI-5205的小红矮星运行。他们的发现发表在《天文学杂志》上，挑战了长期以来关于行星形成的观点。

M矮星比我们的太阳更小，更冷，是我们银河系中最常见的恒星。由于它们的体积小，这些恒星的温度往往是太阳的一半左右，而且更红。它们的亮度非常低，但使用寿命极长。尽管红矮星平均比其他质量更大的恒星拥有更多的行星，但它们的形成历史使它们不太可能成为气态巨行星的候选者。

新发现的行星TOI 5205b首先被美国宇航局的凌日系外行星测量卫星(TESS)确定为潜在的候选者。卡诺迪亚的团队，包括卡内基的Anjali Piette，Alan Boss，Johanna Teske和John Chambers，然后确认了它的行星性质，并使用各种地面仪器和设施对其进行了表征。

“主星TOI-5205的大小是木星的四倍左右，但它以某种方式设法形成了一颗木星大小的行星，这非常令人惊讶，”专门研究这些恒星的卡诺迪亚惊呼道，这些恒星占我们银河系的近四分之三，但肉眼看不到。

已经发现了少量围绕较老的M矮星运行的气态巨行星。但到目前为止，还没有在像TOI-5205这样的低质量M矮星周围的行星系统中发现气态巨行星。为了掌握这里的大小比较，可以将围绕类太阳恒星运行的类木星行星与围绕葡萄柚运行的豌豆进行比较;对于TOI-5205b，因为主星要小得多，它更像是豌豆绕着柠檬转。

事实上，当木星质量的TOI 5205b穿过其宿主前方时，它会阻挡大约百分之七的光线 - 这是已知最大的系外行星凌日之一。

行星诞生于围绕年轻恒星的气体和尘埃旋转盘中。最常用的气态行星形成理论需要大约10个地球质量的这种岩石物质积累并形成一个巨大的岩石核心，之后它迅速从盘的邻近区域扫除大量气体，形成我们今天看到的巨型行星。

发生这种情况的时间框架至关重要。

“TOI-5205b的存在扩展了我们对这些行星诞生的圆盘的了解，”Kanodia解释说。“一开始，如果盘中没有足够的岩石物质来形成初始核心，那么就不能形成气态巨行星。最后，如果圆盘在大质量核心形成之前蒸发掉，那么就不能形成气态巨行星。然而，尽管有这些护栏，TOI-5205b 还是形成了。根据我们对行星形成的标称电流理解，TOI-5205b应该不存在;这是一个'禁忌'星球。

该团队证明，这颗行星非常大的凌日深度使其非常有利于最近发射的JWST的未来观测，这可以揭示其大气层，并为其形成之谜提供一些额外的线索。

TESS的后续研究是使用宜居带行星探测器(HPF;美国德克萨斯州)和低分辨率光谱仪(LRS2;美国德克萨斯州)在10米的Hobby Eberly望远镜上，3.5米的阿帕奇点天文台(APO;美国新墨西哥州)，3.5米WIYN望远镜的NN-Explore系外行星恒星斑点成像仪(美国亚利桑那州NESSI)，0.6米红丘天文台(RBO，美国怀俄明州)和0.3米三百毫米望远镜(智利TMMT)。

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