科學(xué)家說(shuō)，超重的系外行星比鋼鐵更密集

一顆新發(fā)現(xiàn)的系外行星具有如此奇特的特征，以至于天文學(xué)家認(rèn)為它一定在過(guò)去某個(gè)時(shí)候經(jīng)歷過(guò)一次巨大的碰撞。

TOI-1853b 是系外行星只是比海王星小一點(diǎn)，但密度幾乎是地球的兩倍，這表明巖石成分很高，很難通過(guò)正常的行星形成和演化渠道來(lái)解釋。

相反，由意大利羅馬大學(xué)Tor Vergata和英國(guó)布里斯托爾大學(xué)的物理學(xué)家Luca Naponiello領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，它曾經(jīng)是一個(gè)更大，更氣體的世界的核心，通過(guò)極端暴力失去了大氣層。

“這個(gè)星球非常令人驚訝！通常，我們期望用這么多巖石形成的行星會(huì)變成氣態(tài)巨行星，例如木星密度與水相似，”物理學(xué)家竇靜瑤解釋道布里斯托爾大學(xué)。

“TOI-1853b的大小與海王星相當(dāng)，但密度高于鋼。我們的工作表明，如果行星在形成過(guò)程中經(jīng)歷了極其有活力的行星 - 行星碰撞，就會(huì)發(fā)生這種情況。這些碰撞剝離了一些較輕的大氣層和水，留下了一個(gè)富含巖石的高密度行星。

TOI-1853b在系外行星中是罕見(jiàn)的。它牢固地坐落在一個(gè)被稱為海王星沙漠– 一個(gè)與海王星大小相當(dāng)?shù)氖澜?，與它的恒星在近距離的軌道上。

只有少數(shù)幾個(gè)符合這種描述的世界被發(fā)現(xiàn)，其中超過(guò)5，500顆已確認(rèn)的系外行星迄今為止。弄清楚為什么海王星沙漠中的系外行星如此之少將有助于我們更好地了解行星的形成和演化。

TOI-1853b是地球半徑的3.46倍;海王星是3.88 地球半徑.但相似之處幾乎到此為止。系外行星繞其主恒星運(yùn)行，一顆橙矮星大約是太陽(yáng)大小的80%，每1.24天一次。雖然它的半徑并沒(méi)有把想象力拉得太遠(yuǎn)，但它的質(zhì)量確實(shí)令人困惑：是地球質(zhì)量的73.2倍。海王星只是17.15 地球質(zhì)量.

在這種尺寸和質(zhì)量下，研究小組計(jì)算出，TOI-1853b的密度為每立方厘米9.7克。這太瘋狂了。海王星的平均密度為每立方厘米1.64克。地球的平均值為5.15克。鐵的密度7.87 克每立方厘米，鋼的密度大致相同。

海王星的密度如此之低，是因?yàn)樗幸粋€(gè)厚厚的、延伸的大氣層。TOI-1853b的密度告訴我們，它的成分中必須有很多密度更高的材料，而不是太多的大氣層。（此外，地球的核心密度是高達(dá) 13 克;大質(zhì)量物體內(nèi)部的物質(zhì)被壓縮它上面的所有質(zhì)量，所以它的密度上升。

Naponiello和他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了模擬，以確定一顆行星在銀河系中是如何變成這樣的。他們發(fā)現(xiàn)，最可能的解釋是兩顆巨大的、仍在形成的系外行星之間的高速撞擊，將它們粘在一起并噴射出大氣層。

“我們對(duì)這項(xiàng)研究的貢獻(xiàn)是模擬極端的巨大撞擊，這些撞擊可能會(huì)從原始較大的行星上消除較輕的大氣和水/冰，以產(chǎn)生測(cè)量的極端密度，”物理學(xué)家菲爾·卡特說(shuō)布里斯托爾大學(xué)。

“我們發(fā)現(xiàn)最初的行星體可能需要富含水，并以每秒75公里以上的速度遭受極端的巨大撞擊，才能產(chǎn)生觀察到的TOI-1853b。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)行后續(xù)觀測(cè)，以尋找TOI-1853b周圍大氣的痕跡，并分析其成分，以確定它們的碰撞情景是否可能。

有趣的是，另一顆類似的系外行星剛剛被發(fā)現(xiàn)由另一組科學(xué)家。TOI-332b是地球半徑3.2，質(zhì)量57.2地球，在圍繞橙矮星的18.72小時(shí)軌道上，密度為每立方厘米9.6克。也許兩個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)可以共同努力。

“我們以前沒(méi)有調(diào)查過(guò)如此極端的巨大影響，因?yàn)樗鼈儾皇俏覀冾A(yù)期的，”物理學(xué)家佐伊·萊因哈特說(shuō)布里斯托爾大學(xué)。

“要改進(jìn)作為我們模擬基礎(chǔ)的材料模型，并擴(kuò)展模擬的極端巨大撞擊的范圍，還有很多工作要做。

該研究已發(fā)表在自然界.

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