JWST 发现一颗比木星大六倍的新系外行星

在 7 月 24 日发表于《自然》杂志的一项新研究中，来自世界各地的 19 名科学家组成的团队报告称，发现了一颗围绕恒星 Eps Ind A 运行的新超巨行星。这颗行星名为 Eps Ind Ab，由詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 观测到，其质量至少是木星的六倍。Eps Ind Ab 的温度约为 -280 开尔文，是迄今为止直接成像的最冷的系外行星。

据该研究的合著者、马克斯·普朗克天文研究所的博士后研究员伊丽莎白·马修斯 (Elisabeth Matthews) 称，像 Eps Ind Ab 这样的冷超巨星很难被发现，因为它们太暗，而且它们发出的大部分光都落在电磁波谱的中红外部分。从地球上很难研究中红外，因此詹姆斯·韦伯太空望远镜——以及研究电磁波谱这一部分的望远镜和照相机——对这一发现至关重要。

马修斯说：“在詹姆斯·韦伯太空望远镜出现之前，我们还没有一架足够大的望远镜可以在空间上区分行星和恒星，并且在中红外波长下具有足够的灵敏度。”

2019 年，人们首次推断出 Eps Ind A 周围有一颗巨行星运行，并在 2023 年 2 月和 7 月发表的两篇论文中对其特性做出了进一步预测。然而，当研究小组研究詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据时，他们发现了一颗与他们预期的行星截然不同的行星。

Eps Ind A 比科学家之前认为的要大得多，而且距离恒星也更远。然而，它还带来了其他谜团。詹姆斯·韦伯太空望远镜在中红外波长下对这颗行星进行了探测，结果发现它非常明亮。正如马修斯所说，“我们很惊讶地发现，它之前从未被地面探测到过。”大多数模型预测，像 Eps Ind Ab 这样明亮的行星在这些波长下也会在其他波长下明亮——具体来说是 Eps Ind A 系统已经得到详细研究的波长下。

这些观测没有探测到 Eps Ind Ab，这表明它在 4µm 波长下实际上并不明亮。该团队推测这可能是因为该行星的大气层富含吸收 4µm 范围内光线的化合物。马修斯认为，一氧化碳和二氧化碳以及甲烷可能是他们模型的关键贡献者。如果这个理论是正确的，那就意味着这颗行星意外地富含此类化合物——这反过来又会引发有关该行星如何形成的进一步疑问。

马修斯说：“很难想出一个模型来解释这颗行星是如何由如此多的重元素形成的。”

然而，她警告说，关于这些元素存在的理论需要进一步的数据才能得到证实。该团队希望利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的光谱仪器检查该行星的大气层，这将允许直接测量该行星的大气成分。

Eps Ind Ab 有望成为未来深入研究的主题。关于这颗行星本身，还有许​​多悬而未决的问题，即其大气成分和形成过程。但它也提供了一个直接观察相对罕见的系外行星的机会，使其成为科学家可以用来测试其理论模型的极佳现实世界数据来源。

“在天文学领域，我们大多数时候只能测量恒星、棕矮星和行星的亮度，”马修斯解释道。“我们常常希望能够根据亮度推断出这些物体的质量。”

为此，科学家开发了将亮度和质量联系起来的模型。这些模型模拟了这些物体的形成和演化，Eps Ind Ab 为科学家提供了首次在低温范围内测试热演化模型的机会。正如论文所述，结果令人鼓舞：“行星的最佳拟合温度与理论热演化模型一致。”

最后，Eps Ind Ab 及其母星在引力作用下与团队所描述的“相距甚远的棕矮星双星”系统结合在一起。马修斯表示，这两颗棕矮星可能由与 Eps Ind Ab 及其母星相同的物质同时形成。她说，知道这四个物体很可能有共同的起源，使得对这两个系统的研究“​​对于测试形成和演化模型非常有价值”。

詹姆斯·韦伯太空望远镜承诺也将在这一领域提供更多信息，并计划对棕矮星进行观测，以便团队将其大气化学成分与 Eps Ind Ab 的大气化学成分进行比较。