挑战广为接受的行星形成理论：小恒星可能承载比想象中更大的行星

伦敦大学学院(UCL)和华威大学的研究人员最近的一项研究显示，质量不到太阳一半的恒星可以孕育出类似于木星的巨大气体巨行星，这与普遍的行星形成理论相矛盾。气态巨行星与其他天体一样，起源于环绕着年轻恒星的物质盘。核心吸积理论认为，这些行星最初形成一个由岩石、冰和其他重固体组成的核心，在达到地球质量的15至20倍时，吸引了一个气态的外层。

然而，模型预测，低质量恒星的低质量盘不会提供足够的材料以这种方式形成一个气态巨行星，或者至少在盘破裂之前不会足够快。

这项研究最近发表在《皇家天文学会月刊》(MNRAS)上，由英国科技设施委员会(STFC)资助，研究人员利用美国宇航局的凌日系外行星调查卫星(TESS)的观测数据，对91,306颗低质量恒星进行了研究，在15个案例中发现亮度下降，对应于一个气体巨头从恒星前面经过。

15颗潜在的巨行星中，有5颗后来用独立的方法被确认为行星。这些被确认的行星中，有一颗围绕着一颗质量为太阳五分之一的恒星运行--根据行星形成模型，这是不可能的。

主要作者埃德-布莱恩特博士(英国伦敦大学穆拉德空间科学实验室，原华威大学)，作为其博士论文的一部分发起了这项工作，他说："低质量的恒星在形成巨行星方面比我们想象的要好。我们的结果对行星形成模型提出了严重的问题。特别是，我们检测到围绕低至太阳质量20%的恒星运行的气态巨行星，这与当前的理论构成了冲突。"

共同作者Vincent Van Eylen博士(UCL的Mullard空间科学实验室)："尽管罕见，但气态巨行星确实存在于低质量恒星周围，这是一个出乎意料的发现，这意味着行星形成的模型将需要被修改。"

一种可能的解释是，气态巨行星不是通过核心吸积形成的，而是通过引力不稳定形成的，即围绕恒星的圆盘碎裂成行星大小的尘埃和气体团块。如果是这样的话，低质量的恒星可以承载非常大的气体巨行星，质量是木星的两到三倍。然而，这被认为是不可能的，因为低质量恒星周围的星盘似乎没有大到足以以这种方式破碎。

研究人员说，另一种解释是，天文学家低估了一颗恒星盘的质量，这意味着小恒星毕竟可能通过核心吸积形成巨行星。

这可能是因为我们错误地计算了我们可以通过望远镜观察到的星盘的质量，或者是因为星盘在恒星生命之初具有更大的质量，当时它们非常难以观察(因为它们被嵌入尘埃云中)，而在恒星生命的后期，我们可以观察到它们。

共同作者Dan Bayliss博士(华威大学)说："我们对这些原行星盘的质量的了解可能并不像我们想象的那样好。强大的新仪器，如詹姆斯-韦伯太空望远镜，将能够更详细地研究这些星盘的特性。"

在他们的论文中，研究人员试图确定巨行星在低质量恒星周围出现的频率，测试这种出现率是否符合核心吸积模型的预测。

他们使用一种算法来识别低质量恒星发出的光线中的凌日气态巨行星的信号。然后他们对这些信号进行了审查，排除了一些假性信号。

为了确定他们的方法有多大可能探测到围绕这些恒星运行的实际气体巨行星，他们在实际的TESS星光数据中插入了数以千计的凌日行星信号的模拟，然后运行他们的算法，看看有多少这些行星会被探测到。

现在，研究人员正在努力将他们确定的15颗候选行星中的9颗确认为行星(或排除)(到目前为止，有5颗已经被确认为行星，还有一颗假阳性)。这些候选行星有可能是伴星，或者可能有其他原因导致亮度下降。研究小组将通过寻找其宿主恒星位置的"晃动"来推断这些物体的质量，这表明可能的行星的引力牵引。这种摆动可以通过对星光的光谱分析来检测--测量不同的光带来追踪恒星远离我们或向我们移动的情况。