喵矮星上的棉花糖行星：一个离奇而可爱的发现

红矮星系中的低密度气态巨行星：TOI-3757 b的形成之谜解析

天文学家们发现了一颗密度相当于棉花糖的气态巨行星环绕着一颗距离地球580光年的冷红矮星运行。这颗类似木星的系外行星是迄今观测到的围绕红矮星轨道最低密度的行星。

红矮星是最小且最暗的恒星，它们通过核聚变在核心中将氢转化为氦，这是恒星生命周期的一个阶段，天文学家称之为"主序"。红矮星虽然比太阳要冷得多，但众所周知，它们非常活跃，并能发射强大的耀斑，能够剥离任何环绕行星的大气层。

这些剧烈喷发使红矮星系统成为了一个看似不太可能和不适宜寻找像新发现的TOI-3757 b这样蓬松系外行星的地方。这颗行星离它的红矮星非常近，只需3.5个地球日就能完成一次公转，比离太阳最近的行星水星公转周期快25倍。它的直径稍微大于太阳系最大的行星木星，约为10万英里（15万公里）。

"传统上认为红矮星周围的巨型行星形成困难，"华盛顿哥伦比亚特区卡内基研究所的天文学家、研究负责人Shubham Kanodia在国家科学基金会NOIRLab的一份声明中说道。（NOIRLab负责了部分用于这项研究的望远镜）

"到目前为止，我们只从多普勒调查的小样本中观察到这一现象，通常发现巨型行星与这些红矮星的距离更远，"他说道。"直到现在，我们还没有足够大的行星样本以强有力的方式发现靠近红矮星的气态行星。"

Kanodia及其同事认为他们或许能够解释在这种不利和极端条件下如何形成低密度的气态巨行星。他们提出TOI-3757 b的低密度是由两个主要因素导致的。

第一个因素与巨型气体行星的形成方式有关，它们起始于质量约为地球的10倍的巨大岩石核心，迅速吸引大量周围的气体，形成类似木星的形态。

研究团队认为，TOI-3757 b所环绕的红矮星中重元素的丰度较低意味着这颗特定系外行星的岩石核心可能形成得更慢。这将延迟气体被吸积到岩石核心的过程，并对TOI-3757 b的整体密度产生影响。

其次，天文学家认为TOI-3757 b的轨道略呈椭圆形，类似扁平的圆，因此有时它会离其红矮星更近。这种程度的近距离会导致行星过度加热，使其大气膨胀。

TOI-3757 b最初是由NASA的系外行星巡天卫星（TESS）任务发现的，该任务通过观察行星在过境或横越恒星表面时造成的微小光变来发现系外行星。Kanodia和研究团队随后利用一系列地面仪器对这一初始发现进行了跟踪观测。

TESS观测测算出TOI-3757 b的直径，而科学家们则利用亚利桑那州的基特峰国家天文台和德克萨斯州的麦克唐纳天文台的仪器测量了该系外行星的径向速度，即其沿视线方向的运动速度。根据这些结果，天文学家计算出该行星的质量，约为木星的四分之一或地球质量的约85倍。

获得TOI-3757 b的直径和质量使研究团队能够计算出这颗气体巨行星的密度约为每立方英尺0.6盎司（17克）。由此可以计算出TOI-3757 b的密度不到土星的一半，而土星是太阳系中密度最低的行星，密度约为水的四分之一。

这意味着该系外行星的密度类似于棉花糖，如果有足够大的浴缸可以容纳这颗巨行星，它将漂浮在水上。

研究团队希望能够利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进一步研究这颗蓬松系外行星的奇特大气层，并在其他星系中寻找类似的行星。

"发现更多这样的巨行星系统（红矮星周围一度被认为极其罕见的现象）是我们理解行星形成的目标之一，" Kanodia总结道。

该研究团队的研究成果已发表在《天体物理学杂志》上。