韦布发现诡异巨行星：形如橄榄，内核或装满钻石

科学家原以为他们已经非常了解行星，直到发现PSR J2322-2650b。

PSR J2322-2650b的形状看起来可能像一个橄榄。

NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford (STScI)

科学家原以为他们已经非常了解行星，直到发现PSR J2322-2650b。

在韦布太空望远镜的协助下，科研人员发现了一颗无论从形态还是成分都异常古怪的系外行星。

行星名为PSR J2322-2650b，质量相当于木星，但其成分非常特别——它的大气层主要由氦和碳组成，而天文学家此前从未见过样的大气构成。

在PSR J2322-2650b上，从云端到地底，可能都充满了黑色的碳灰。而在它的核心处，这些碳还可能因为极端的压力而以钻石形态存在。

PSR J2322-2650b围绕着一颗脉冲星旋转。这是一颗毫秒脉冲星，主要发射伽马射线以及其他高能粒子。这些韦布是看不到的。但也正是由于没有亮星的干扰，人们才有机会看清楚它身边的行星。

主持研究的芝加哥大学Michael Zhang表示，这颗行星围绕着一颗质量与太阳相当，体积却只有一座城市般大的奇特天体运行。而这颗行星的大气层也是前所未见的——那里没有常见的水、甲烷和二氧化碳，而是充满了分子碳，尤其是C₃和C₂。

分子碳的存在很不寻常。因为PSR J2322-2650b的大气温度极高，在649℃（夜间最低温度）至2038℃（日间最高温度）之间。在这样的高温环境中，碳会迅速与其他物质结合在一起。只有在几乎没有氧或氮的情况下，分子碳才会在大气层中占主导地位。此前天文学家还没有在其他任何行星上发现过分子碳，无论是在太阳系内还是太阳系外。

PSR J2322-2650b和它的主星极近，仅161万公里。相比之下，地球和太阳的距离大约有1.5亿公里。所以PSR J2322-2650b的公转周期极短，只有7.8小时。由于距离脉冲星太近，这颗质量相当于木星的行星在引力场中严重变形，看起来就像一个巨大的橄榄。

天文学家认为，这个天体系统可能是一种罕见双星系统的某种特例。这种双星系统被谑称为“黑寡妇”，通常由高速旋转的脉冲星和小型低质量恒星伴星组成。“黑寡妇”内伴星的物质会向脉冲星转移，并导致脉冲星的自转速度加快，产生强烈的星风。星风和辐射反过来又会继续轰击伴星，使其逐渐蒸发殆尽。

然而PSR J2322-2650b却是一颗行星。按照国际天文学联合会的定义，质量低于木星13倍，围绕恒星、褐矮星或恒星残骸运行的天体是行星。PSR J2322-2650b正是如此。

在已知的大约6000颗系外行星中，拥有行星的脉冲星数量本来就少。 而PSR J2322-2650b还是已知唯一一颗围绕脉冲星运行的气体巨行星。

最让科学家感兴趣的是这颗行星的形成机制。因为它的成分与普通行星截然不同。已知的形成机制，都无法解释它这种极度富碳的特征。

研究人员提出了一种可能性。来自斯坦福大学和卡弗里粒子天体物理宇宙研究所的 Roger Romani认为，随着行星温度的下降，其大气内部的碳氧混合物会产生结晶。韦布观测到的现象，是纯碳晶体上升至大气顶部并与氦气混合在一起后的结果。但即便是这样，也须具备某种机制，将氧和氮隔绝开才行，否则行星大气中的碳很有可能在瞬间燃爆。而这才是最大的谜团之所在。

艺术家笔下描绘的PSR J2322-2650b（左）和它的主星——一颗高速旋转的中子星，亦即脉冲星（右）。质量巨大的脉冲星引力场，将这颗质量相当于木星的行星拉伸成了奇怪的橄榄形。

NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford (STScI)

参考

NASA’s Webb Observes Exoplanet Whose Composition Defies Explanation

https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-observes-exoplanet-whose-composition-defies-explanation/