科学家认为系外行星Gliese 367 b可能是一个实心金属球

独孤一山隙

系外行星Gliese 367 b的插图。这是一颗古怪的行星，可能完全由铁组成。鸣谢:美国宇航局

（）据今日宇宙（埃文·高夫）：不了解大自然的范围，我们就无法了解它。这在系外行星科学和我们的行星形成理论中显而易见。大自然中的离群者和怪人给我们的模型带来了压力，并激励科学家进行更深入的研究。

Gliese 367 b(或Tahay)当然是一个怪人。这是一颗超短周期(USP)行星，仅用7.7小时绕其恒星运行一周。在我们的5000多颗系外行星目录中，有将近200颗其他的USP行星，所以Gliese 367 b在这方面并不独特。但它在另一方面是一个异常值:它也是一个超密度行星——密度几乎是地球的两倍。

这意味着它必须几乎是纯铁。

天文学家从2021年的TESS(凌日系外行星调查卫星)数据中发现了Tahay。但是《天体物理学杂志快报》上的新研究正在通过改进测量来精确这颗古怪行星的质量和半径。它还发现了这颗行星的两个兄弟姐妹。这项研究名为“超高密度，超短周期亚地球GJ 367 b公司:在11.5和34天发现另外两颗低质量行星。”主要作者是都灵大学物理系的博士生Elisa Goffo。

TESS在2021年发现了Gliese 367 b，当时它探测到了一个来自名为Gliese 367的红矮星的极其微弱的过境信号。该信号处于TESS探测能力的极限，因此天文学家知道它很小，像地球一样。

作为2021年努力的一部分，研究人员使用欧洲南方天文台的高精度径向速度行星搜索器(HARPS)摄谱仪来确定G 367 b的质量和密度。他们确定这颗行星的半径是地球的72%，质量是地球的55%。这意味着它可能是一颗铁行星，一颗曾经更大的行星的残余核心。

快进到现在，戈夫和她的同事们的新研究。

他们还用竖琴来测量这颗小行星。这一次他们使用了G 367 b的371次HARPS观测，这些结果表明，这颗行星的密度甚至比2021年的研究发现的还要高。这项新研究显示，这颗行星的质量是地球的63%，而不是地球质量的55%。它的半径也从地球的72%缩小到地球的70%。

归结起来就是G 367 b的密度是地球的两倍。这个星球是怎么变成这样的？它不太可能形成现在的样子。相反，它可能是一颗岩石地幔被剥离的行星的核心。

“你可以把GJ 367 b比作一个类似地球的行星，它的岩石地幔被剥去了，”主要作者Goffo说。“这可能对GJ 367 b的形成具有重要意义。我们认为，这颗行星可能像地球一样形成，具有主要由铁组成的致密核心，周围是富含硅酸盐的地幔。”

这颗小行星失去地幔一定是发生了什么不寻常的事情。“一场灾难性事件可能剥离了它的岩石地幔，留下了这颗行星的致密核心，”戈夫解释道。在其生命早期，它与其他仍在形成的原行星之间的碰撞可能会移除行星的外层。

根据Goffo的说法，另一种可能性是小USP诞生于原行星盘中异常富含铁的区域。但这似乎不太可能。

第三种可能性是存在的，这是天文学家在2021年发现G 367 b时首次思考的。它可能是曾经像海王星一样巨大的气体巨星的残余。在这种情况下，行星会在离恒星更远的地方形成，然后迁移进来。它现在离它的恒星如此之近，以至于红矮星发出的强烈辐射会把大气层蒸发掉。

G 367 b属于非常小的一类被称为超级水星的系外行星。它们的成分和水星一样，但是它们更大，密度更高。(尽管它们很少见，但有一个系统有两个。)水星可能遭遇了G 367 b可能遭遇的同样命运。它可能曾经有更多的地幔和地壳，但是撞击把它们移走了。

但即使在超级水星中，G 367 b也很突出。这是我们所知道的最密集的USP。“由于我们精确的质量和半径估计，我们探索了GJ 367 b的潜在内部组成和结构，并发现它预计有一个质量分数为0.91的铁芯，”新论文称。

那么在这个系统中发生了什么？G 367 b是如何发现自己处于这种状态，并且如此接近它的恒星的？

研究人员还在这个系统中发现了另外两个行星:G 367 c和d。天文学家认为，USP行星几乎总是在有多个行星的系统中发现，因此这项新研究加强了这一点。苔丝无法探测到这些行星，因为它们不经过它们的恒星。该小组在他们的HARPS观测中发现了它们，它们的存在限制了可能的形成场景。

“多亏了我们用HARPS摄谱仪进行的密集观测，我们发现了另外两颗低质量行星的存在，它们的轨道周期分别为11.5天和34天，这减少了可能导致如此密集行星形成的可能场景的数量，”合著者都灵大学教授大卫·冈多尔菲说。

伴星也靠近恒星运行，但质量较低。这给任何一种在富含铁的环境中形成的想法带来了压力，但并没有消除这种压力。“虽然GJ 367 b可能在富含铁的环境中形成，但我们不排除涉及巨大行星碰撞等暴力事件的形成场景，”冈多尔菲在一份新闻稿中说。

在他们论文的结论中，研究小组对可能的形成场景进行了更深入的挖掘。

在形成过程中，Gliese 367周围的原行星盘一定有一个富含铁的区域。但是天文学家不知道这种富铁区域是否存在。

“可能的途径可能包括形成比原行星盘中通常存在的物质更富含铁的物质。尽管还不清楚是否存在铁含量如此之高的圆盘，特别是在靠近内缘的地方(大部分物质可能是从那里获得的)，”他们写道。

事实上，另一项2020年的研究称，他们在行星形成方面的工作“未能重现解释水星形成所需的铁的极端富集。”如果圆盘模型不能解释富铁的水星是如何形成的，就不能解释G 367 b是如何形成的。

相反，更有可能的是，这颗行星在形成时是不同的，然后随着时间的推移呈现出当前的形式。碰撞剥离是指一颗行星的外层物质被一次或多次碰撞所剥离。由于在分化的行星中，外层物质的密度低于内层物质，重复的碰撞会移除较轻的物质，从而增加G 367 b的体积密度。

但这至少有一个问题。“我们对GJ 367 b的体积密度的测量表明，如果碰撞剥离是唯一起作用的过程，那么它在从行星上去除非铁物质方面必须非常有效，”作者写道。非常有效，但并非不可能。

因此，有三种可能性:这颗行星形成于富铁环境，这颗行星曾经更大，并通过碰撞失去了外层，或者这颗行星是一个曾经巨大的气体巨星的剩余核心，它迁移到离其恒星太近的地方，使其气体外壳被剥离。

也许我们不必选定一个。“当然，所有上述讨论的过程都可能有助于创造近乎纯净的铁球，即GJ 367 b，”作者写道。

我们现在有的只是可能性。这个系统就像一个谜题，要靠天文学家来解答。它不同寻常的属性使它成为一个离群值，科学家喜欢离群值，因为它激励他们去挖掘更深的东西。如果我们目前的理论不能解释这些古怪的人，那么我们的理论需要改进。

“这种独特的多行星系统承载着这种超高密度的USP亚地球，是进一步研究USP系统形成和迁移场景的非凡目标，”研究人员总结道。