“我们把它在密度上类比成棉花糖或者剃须泡沫。”牛津大学天体物理学家乔治·德兰斯菲尔德这样形容新发现的两颗行星。她和同事在《皇家天文学会月刊》7月刊上报告,这两颗行星是迄今所见最蓬松的行星,每颗都约有木星大小,质量却不到木星的百分之六。德兰斯菲尔德说:“它们是木星尺度上最轻的行星。”

这两颗行星绕着名为TOI 791的类太阳恒星运转,该恒星距地球约1113光年。搜寻行星的TESS空间望远镜捕捉到了它们掠过恒星表面、遮挡部分星光的凌星信号。对比恒星被遮挡和未被遮挡时的亮度,团队测算出行星半径:一颗是木星的0.993倍,另一颗是1.155倍,几乎与木星完全等大。

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要得到密度,还得知道质量。凌星法只给出大小,质量需要额外的线索。这两颗行星的轨道配置很特别,它们会周期性地从彼此附近经过,互相施加引力拖拽。德兰斯菲尔德描述为“一种有趣的小舞蹈”,正是借助行星之间踢动对方轨道所造成的微小变化,团队才得以获取质量数据。

为了监测这场行星芭蕾,团队动用了位于南极的“南极凌星系外行星搜寻望远镜”(ASTEP)。南极每年有连续三个月的极夜,ASTEP成为地球上唯一能够完整追踪整个12小时凌星过程的望远镜。德兰斯菲尔德强调:“没有这台望远镜,就不会有这项发现。”

经过多年观测,团队推算出两颗行星的质量分别为地球的9.5倍和18.6倍——作为对比,木星质量是地球的317倍。由此得到密度:0.038克/立方厘米和0.047克/立方厘米。普通棉花糖的密度通常在0.05克/立方厘米左右。也就是说,这两颗行星的密度比棉花糖还低。

这两颗新成员加入了一个被称为“超级蓬松”的行星小群体。天文学家至今不确定这类天体如何形成。一种观点认为,它们在远离恒星的地方诞生,随后向内迁移;在迁移过程中,大气被加热而剧烈膨胀,才变成今天这样蓬松的模样。

反过来,另一种假说提出,某些超级蓬松星可能拥有巨大的环系统,使得它们在凌星时看起来比实际尺寸更大。加州帕萨迪纳卡内基天文台的理论天体物理学家安东尼·皮罗和同事在2020年提出过这种可能。不过谈到这两颗新行星,皮罗认为环系统的解释不太成立——同一颗恒星周围出现两个靠环系统伪装的成员,未免太巧合了。

皮罗还注意到,这颗宿主恒星自转很快,而快速自转可能是恒星相对年轻的信号,尽管恒星的年龄出了名地难以测定。如果这颗恒星确实还年轻,那么这些超级蓬松行星可能仍在冷却过程中,随着时间推移还会继续收缩。相关报道显示,研究团队推测这两颗行星的当前状态或许并不是最终的。