什麼！這顆行星竟然比它的恆星還要大？
太陽系外有很多特別的行星，但天文學家最新發現了一個真正的「太空怪胎」。
系外行星 TOI-5205b 是一顆氣態巨行星，大小和質量與木星差不多，它圍繞著紅矮星 TOI-5205 運行。到這裡還沒有什麼不尋常的，畢竟行星就是一直圍繞恆星運行。
然而，與其他木星大小的系外行星相比，紅矮星 TOI-5205 的大小卻不同尋常。這顆恆星的半徑不到其行星半徑的四倍，而且還只有太陽半徑和質量的 40%。此外，行星 TOI-5205b 的軌道近得不可思議，它每 1.6 天就繞這顆紅矮星運行一次。
這是第一次發現這麼大的系外行星圍繞著這麼小的紅矮星運行，天文學家還沒有弄清楚這種奇怪的組合是如何形成的。它與我們目前對行星形成的理解背道而馳。
卡內基科學研究所的天文學家 Shubham Kanodia 說：「主星 TOI-5205 的大小大約是木星的四分之一倍。但它以某種方式成功地形成了一顆木星大小的行星，這非常令人驚訝。 」
紅矮星是我們目前所知道的最小的主序星，再小的話，我們就將其歸類到褐矮星的等級，而不是恆星。紅矮星的質量、亮度和熱量都很低，它們燃燒氫氣的速度很慢，因此它們的預計壽命可能達到數萬億年，比目前 138 億年的宇宙年齡還要長。
因為它們又小又暗，我們無法直接用肉眼看到紅矮星，但它們是銀河系中數量最多的恆星類別。然而，在撰寫本文時已確認的 5,250 顆系外行星中，只有 240 顆行星是圍繞著紅矮星運行，而其中只有大約十幾顆的體積是木星大小或比木星更大的。
根據我們目前對行星形成的了解，這類型恆星與系外行星組合的可能性不大。恆星由密集的氣體和塵埃雲中的團塊組成，因此隨著它們的成長，它們周圍的物質會聚結成一個圓盤，成為小恆星的一部份，這有點像水在下水道中旋轉。一旦恆星的質量足夠大，它就會產生強大的風，將最近的物質吹走，恆星的生長也會停止。
在這個圓盤中剩下的東西就會形成圍繞恆星運行的物體，它們聚集在一起，逐漸成長為行星。如果要誕生一顆氣態巨行星，從我們目前的研究模型顯示，需要大約 10 個地球質量的岩石盤物質來製造行星核心，然後行星核心會積聚氣體，形成一個巨大的延伸大氣層。而這個過程也必須在小恆星炸開圓盤的殘餘物之前快速進行才會成功。
同時，我們的模型還顯示，一顆小小的紅矮星在其物質圓盤中，不應該能吸引到足夠的物質來讓這個過程在規定的時間範圍內發生。
Kanodia 說：「 TOI-5205b 的存在擴展了我們對這些行星誕生時會產生的物質圓盤的了解。」
「一開始，如果圓盤中沒有足夠的岩石物質來形成初始核心，那麼就無法形成氣態巨行星。而在最後，如果圓盤在大質量核心形成之前就蒸發掉了，那麼也不能形成一顆氣態巨行星。儘管有這些條件限制，但行星 TOI-5205b 還是形成了。根據我們目前對行星形成名義上的理解，TOI-5205b 不應該存在，它是一顆『禁忌』行星。」
這顆系外行星是根據凌日發現的，凌日是指一個繞軌道運行的天體從我們和它的主星之間經過，這種經過會使恆星的光線變暗。如果已知恆星的固有亮度，天文學家就可以計算出系外行星的大小。恆星和系外行星之間的引力相互作用也會導致恆星在原地輕微「晃動」，測量這種晃動可以讓天文學家計算出系外行星的質量。
基於這些觀察，Kanodia和他的團隊發現這顆系外行星的質量是木星的 1.08 倍，半徑是木星的 1.03 倍。它是恆星半徑的 27.2%，也分別是太陽質量和半徑的 39.4% 和 39.2%。
這看起來很極端，但更吸引人的是，行星 TOI-5205b 並不孤單。最近上傳到預印本服務器 arXiv 並被接受發表的一篇論文詳細介紹了 TOI-3235b 的發現：這是一顆質量為木星 0.665 倍、半徑為木星 1.07 倍的系外行星，圍繞一顆質量為太陽的 0.394 倍、半徑為 0.37 倍的紅矮星運行 ，週期為 2.6 天。
而在 2021 年，天文學家宣布發現 TOI-519b，這是一顆質量高達木星 14 倍、半徑為 1.07 倍的氣態巨行星，圍繞一顆質量和半徑為太陽 0.37 倍的紅矮星運行，週期為 1.27 天。
所以這些系外行星是可能存在的，但是數量極少。因此天文學家們未來的工作是要弄清楚它們是如何形成的。幸運的是，這些系外行星的凌日情況可以提供幫助。
來自恆星的光在穿過系外行星的大氣層時，它發出的光會發生變化，而且使用 JWST 這樣強大的紅外望遠鏡，可以對這些變化進行細微的檢查，以確定這些大氣是由什麼構成的。
也許它們還會包含一些線索，讓我們能解開這個迷人的謎團。
該研究已發表在 The Astronomical Journal 上。
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資料來源：
Starr, M., (26 February 2023). This Planet Is Way Too Big to Be Orbiting This Teeny Tiny Star. ScienceAlert
Kanodia, S., Mahadevan, S., Libby-Roberts, J., Stefansson, G., Cañas, C. I., Piette, A. A.,… Wisniewski, J. (2023). TOI-5205b: A Short-period Jovian Planet Transiting a Mid-M Dwarf. The Astronomical Journal (DOI 10.3847/1538-3881/acabce)
圖片來源：https://www.sciencealert.com/this-planet-is-way-too-big-to-be-orbiting-this-teeny-tiny-star