系外行星WASP-107b的质量比木星轻了10倍，系外行星WASP-107b如何形成？

　　蒙特利尔大学的天文学家发现，巨大的系外行星WASP-107b的核心质量远低于在木星和土星等巨型行星周围形成巨大气体包络所需的质量。UdeM系外行星研究所(iREx)的博士生卡罗琳·皮亚利特(Caroline亚利特)的这一有趣发现表明，气态巨行星的形成比以前认为的要容易得多。他说：“这项工作着眼于巨型行星如何形成和成长的基础。” “它提供了具体的证据，表明比以前认为的要轻得多的岩心会触发大量的气体包裹。”

　　皮亚利特是UdeM天体物理学教授BjrnBenneke的突破性研究团队的成员，该团队于2019年宣布首次在其恒星可居住区的系外行星上发现水。Benneke说：“2021年1月18日与加拿大、美国、德国和日本的同事一起在《天文杂志》上发表了对WASP-107b内部结构的新分析具有重大意义。”

　　WASP-107b于2017年首次在WASP-107附近被发现，WASP-107是离处女座星座约212光年的一颗恒星。行星离恒星非常近，比地球离太阳近16倍。WASP-107b像木星一样大，但轻了十倍，是已知密度最低的系外行星之一：天体物理学家将其称为“超膨变”或“棉花糖”行星。

　　Piaulet和她的团队首先使用了从夏威夷凯克天文台获得的WASP-107b观测资料，以更准确地评估其质量。他们使用了径向速度方法，该方法使科学家可以通过观察行星自身引力引起的主恒星的摆动运动来确定行星的质量。他们得出的结论是，WASP-107b的质量约为木星的十分之一，或者是地球的30倍。

　　然后，团队进行了分析，以确定了行星最可能的内部结构。他们得出了令人惊讶的结论：在如此低的密度下，行星的实心核心必须不超过地球质量的四倍。这意味着其质量的85％以上包含在围绕该岩心的厚层气体中。相比之下，海王星的质量与WASP-107b相似，但在其气体层中仅占其总质量的5％至15％。

　　“我们对WASP-107b有很多疑问。” Piaulet说。“如此低密度的行星如何形成？以及它如何防止巨大的气体层逸出，特别是考虑到行星离恒星很近的情况？“这促使我们进行彻底的分析，以确定其形成历史。”

　　行星形成于围绕一颗被称为原行星盘的年轻恒星的尘埃和气体圆盘中。气态巨行星形成的经典模型是基于木星和土星的。在这些情况下，在圆盘消散之前，需要一个至少比地球大10倍的固体核心来积累大量气体。然后如何解释WASP-107b的存在，它的核心质量要小得多？麦吉尔大学教授和iREx成员夏娃·李（Eve Lee）是世界著名的WASP-107b等超气浮行星专家，他有几个假设。

　　她说：“对于WASP-107b，最可能的情况是，行星远离恒星形成，在恒星中，盘中的气体足够冷，以致气体可以迅速地积聚。” “通过与盘或系统中其他行星的相互作用，该行星后来能够迁移到当前位置。”

　　与以前的研究相比，WASP-107系统的凯克观测所覆盖的时间更长，这使得UdeM领导的研究团队可以做出另外一个发现：第二颗行星WASP-107c的质量约为木星的三分之一，远远超过WASP-107b的木星。

　　WASP-107c也离中心星更远。WASP-107b只需要5.7天的时间，就可以完成围绕它的一个轨道所需的三年时间。同样有趣的是：第二个行星的偏心率很高，这意味着它围绕恒星的轨迹比圆形更椭圆。Piaulet说：“ WASP-107c在某些方面保留了系统中发生的事情的记忆。” “它的巨大偏心率暗示了一个相当混乱的过去，行星之间的相互作用可能导致巨大的位移，例如怀疑为WASP-107b的位移。”

　　除了其形成历史外，围绕WASP-107b仍有许多谜团。哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）于2018年发表的对行星大气的研究揭示了一个惊喜：它所含的甲烷极少。

　　“这很奇怪，因为对于这种类型的行星来说，甲烷应该是丰富的，”皮亚利特说。“我们现在正在用这颗行星的新质量重新分析哈勃的观察结果，以了解它将如何影响结果，并检查什么机制可能解释甲烷的破坏。”

　　这位年轻的研究人员计划继续研究WASP-107b，希望与将于2021年发射升空的James Webb太空望远镜配合使用，这将为行星的大气成分提供更精确的概念。她说：“像WASP-107b这样的系外行星在我们的太阳系中没有类似物，这使我们能够更好地了解总体上行星形成的机制以及由此产生的各种系外行星。”她说。“这促使我们对它们进行详细研究。”