微小的鹅卵石造就了银河系中最极端的世界之一

恒星形成过程中遗留的微小卵石，促成了人类已知最为奇特、极端的世界之一的形成。

这是一颗著名的行星，泰洛斯（Tylos），即WASP – 121b，是一颗气态巨行星，位于约880光年之外。它与其主恒星距离极近，以至于其大气中充满了汽化金属构成的云。

现在，新的观测表明，这颗银河系中研究最为深入的行星之一，是由环绕恒星的尘埃和岩石构成的，那时该星系仍处于形成的早期阶段。
确凿证据是什么呢？是一氧化碳硅——汽化岩石构成的云。一支天文学家团队利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），在这颗系外行星的大气中除了发现水、一氧化碳和甲烷外，还识别出了这种分子。
“碳、氧和硅的相对丰度，为这颗行星的形成及物质获取方式提供了线索，” 领导这项研究的澳大利亚纽卡斯尔大学天文学家托马斯·埃文斯 – 索马（Thomas Evans – Soma）解释道。
泰洛斯的半径约为木星的1.75倍，但质量仅为木星的1.16倍，它围绕着一颗名为迪尔蒙（Dilmun）的黄白色恒星运行。迪尔蒙的半径是太阳的1.5倍，而泰洛斯的公转周期极短，仅30小时。它与恒星距离过近，以至于实际上正在蒸发，强烈的热量使其大气膨胀。
在围绕迪尔蒙快速公转时，泰洛斯会从我们与恒星之间穿过，这意味着它处于绝佳的研究配置。部分恒星光会穿过这颗系外行星膨胀的大气，并在过程中因其中的分子而发生改变。天文学家能够通过精心研究这些微弱信号，来确定是哪些分子导致了这些变化。
泰洛斯属于所谓的 “热木星”——这类气态巨行星与它们的主恒星距离近得惊人。它们一直是个未解之谜：它们不可能在如此近的轨道上形成，因为恒星的辐射和恒星风会阻止气体聚集。主流的解释是，它们在更远的地方形成，然后向内迁移。
2022年发表的一篇论文中描述了首次在系外行星大气中探测到一氧化碳硅的情况。这是一种极难探测且罕见的分子。但正是泰洛斯大气中多种分子的组合，帮助埃文斯 – 索马及其团队确定了这颗系外行星的诞生地。
恒星诞生于致密的分子气体云。在旋转过程中，物质会排列成一个盘状结构，逐渐卷入并为成长中的恒星提供物质。一旦恒星强大到足以用恒星风将物质吹走，其生长就会停止，而盘中剩余的物质会聚集形成尘埃和冰的小卵石，这些小卵石相互黏合，逐渐成长为行星。
在距离主恒星较近的地方，冰会升华为气体。这被称为冰线或雪线，不同的冰有不同的升华点。
通过研究泰洛斯大气中分子的比例，研究人员得出结论，这颗系外行星形成于距离其恒星一定距离处，在那里甲烷呈气态，而水冰仍保持冻结状态。
在太阳系中，这个距离介于木星和天王星的轨道之间。迪尔蒙比我们的太阳温度更高，因此对于泰洛斯来说，这个距离会更远——这表明它必须迁移很长的距离才能到达目前的位置。这也是关于热木星如何形成和演化的一些最佳证据。
但还有另一个谜团。甲烷是在这颗系外行星永远背向迪尔蒙的夜侧被探测到的。甲烷在高温下不稳定，在炽热的昼侧无法被探测到。当它移动到夜侧时，预计在相同高度也无法被探测到。
因此，泰洛斯夜侧高层大气中大量存在的甲烷，表明正在发生一些有趣的大气过程。研究人员认为这是垂直混合作用——强大的上升气流将甲烷从大气深处带到高层大气，在那里可以被JWST探测到。
“这对系外行星动力学模型提出了挑战，这些模型可能需要进行调整，以再现我们在夜侧发现的强烈垂直混合现象，” 埃文斯 – 索马说。
尽管我们对泰洛斯的研究比对目前已确认的近6000颗系外行星中的大多数都要深入，但这个奇特的、正在融化的世界，仍有许多关于银河系行星的知识可供我们学习。
这项研究已发表在《自然·天文学》杂志上。