巨型超级地球质量是地球的23倍
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巨大岩石质超级地球的艺术概念图。
新发现的超级地球GJ523b拥有相当于地球23.5倍的质量，被压缩在一个直径仅为地球2.5倍的岩石球体中。
图片来源：巴勃罗卡洛斯布达西维基共享资源。
天文学家已经证实了一颗名为GJ523b的不寻常行星。
它属于被称为超级地球的稀有行星类别。
这颗行星的质量是地球的23倍，但它的直径却只有地球的2.5倍。
因此，它的密度非常大。
科学家们不理解它是如何形成这种状态的。
通常情况下，如此巨大的行星应该有像海王星那样由氢和氦构成的浓厚大气层，而海王星的质量仅比GJ523b略小。
巨型超级地球的质量是地球的23倍
近期，威斯康星大学麦迪逊分校的天文学家宣布确认了GJ523b——一颗异常致密的超级地球，它最初是在NASA的TESS望远镜数据中被发现的。
被称为超级地球的岩质系外行星也被确知存在。
事实上，在我们的银河系中它们相当常见。
超级地球比地球更大、质量也更大，但比海王星小。
与此同时，天文学家开始发现超级地球（此处原文megaEarths结合语境推测可能是想说超级地球，一般天文学中常用超级地球表述质量比地球大的类地行星，若严格按字面是巨型地球）。
到目前为止，他们发现的超级地球数量比超级类地行星（原文superEarths）少，但超级地球似乎确实存在。
这颗最新发现的超级地球——GJ523b，可能是目前已知的最佳示例。
它将高达地球23倍的质量压缩进一个直径仅为地球2.5倍的岩石球体中，因此它的密度极大。
一些超级地球的直径可达地球的2.5倍。
GJ523b的超大质量才是不同寻常之处。
此外，据估计，GJ523星系仅诞生了1.7亿年。
相比之下，地球已有45.4亿年的历史。
因此，GJ523星系比我们的太阳系要年轻得多。
这颗行星围绕一颗橙矮星运行。
威斯康星大学麦迪逊分校的托马斯比蒂说：
十多年来，人们一直在使用超级地球这个说法，但我们从未有过一颗能让我们确切定义它的行星。
GJ523b终于做到了这一点。
同样引人注目的是，确切定义超级地球并非我们天文学家一己之力所能完成的。
我们需要地质学家，他们了解在地球上任何实验室都无法达到的压力下，铁和岩石会有怎样的表现；还需要大气科学家，他们能告诉我们，我们所测量到的物质中究竟有多少是岩石。
这篇新论文仍在接受同行评审，但已于近期首次发表在预印本服务器arXiv上。
苔丝做出了一项惊人的发现
天文学家首次利用NASA的TESS太空望远镜探测到GJ523b，当时这颗行星从其恒星前方经过，导致恒星亮度出现微小下降。
这些凌日现象让天文学家得以估算该行星的大小。
威斯康星大学麦迪逊分校的第一作者马克斯克罗夫特表示：
这颗恒星的光线会周期性地变弱。
我们认为这是一颗行星从恒星前方经过并发生凌星现象。
它遮挡了恒星的部分光线，使得恒星亮度变低。
我们根据对这颗行星大小和温度的推测将其挑选了出来。
行星越大，凌星时光线变弱的幅度就越大，这样我们就能大致了解它的大小。
根据凌星现象发生的频率，我们可以得知它的轨道距离，进而估算出这颗系外行星的温度。
恒星的光线会周期性减弱。
我们认为这是一颗行星从恒星前方经过（凌日）造成的。
它挡住了恒星的部分光线，导致恒星变暗。
我们根据对这颗行星大小和温度的判断来挑选它。
行星越大，产生的掩食深度就越大，这样我们就能了解它的大小；而根据掩食发生的频率，我们可以得到它的轨道距离，进而估算出这颗系外行星的温度。
然后，研究人员利用NEID光谱仪和WIYN3.5米（11.48英尺）望远镜的数据来确定它的质量。
来自北双子座望远镜和帕洛玛天文台的高分辨率成像被用于进一步研究GJ523b。
他们有了一些意外发现。
它比大多数同尺寸的岩石行星质量更大；其质量是地球的23.5倍，直径是地球的2.5倍，即相当于海王星大小的60%。
正如克罗夫特所指出的，这是一个意想不到的发现：
这完全不是我们所预期的。
像这样密度大的行星并不罕见，但它们通常是类似于地球或水星的小型岩石行星。
这颗行星比地球大2.5倍。
威斯康星大学麦迪逊分校的马克斯克罗夫特（MaxKroft）牵头开展了关于GJ523b的这项新研究。
图片来源：威斯康星大学麦迪逊分校。
GJ523b是如何以这种方式形成的？
那么GJ523b为何最终变得如此极端致密且质量巨大呢？这颗行星为何没有形成浓厚的氢大气层？
用克罗夫特的话说，这一发现是：
一个突如其来的难题
在行星形成过程中，核心质量约为地球10到20倍的天体通常会吸引浓厚的氢氦大气层。
GJ523b的质量足以发生这种情况，但它似乎只含有极少量的气体。
研究发现，恒星的普通加热可能无法去除足够多的气体。
巨型撞击、与恒星的极近距离经过或形成时气体就不多，都是可能的解释。
克罗夫特还指出，这颗行星在形成过程中仍然会很热，热到无法留住大气层。
克罗夫特解释道：
大气会有点被吹走。
如果行星温度很高，就无法维持住自己的大气层，因此最终可能只剩下这颗由两颗行星形成的巨大岩石球体，几乎没有大气层。
这颗行星的轨道提供了另一个线索
研究人员估计，它相对于其恒星的自转轴倾斜至少71度。
这种不寻常的排列表明，GJ523b可能是从该系统的其他地方迁移而来，或者在其历史早期经历过一次动荡事件。
更多像GJ523b这样的行星
研究人员希望天文学家能发现更多像GJ523b这样的行星。
目前已确认的系外行星超过6000颗，还有数千颗候选行星。
克罗夫特表示：
从单一的样本量很难推断出关于行星形成的普遍规律。
我们无法获得10000颗这类高密度行星，但如果能得到20或30颗，或许会出现一些趋势——比如最重的行星轨道周期更短，或者它们往往没有伴星。
关键结论：天文学家发现了一颗超级地球——GJ523b。
它的质量是地球的23.5倍，但直径仅为地球的2.5倍。
它极高的密度以及缺乏浓厚大气层的特点，对有关大质量行星形成方式的观点提出了挑战。
来源：GJ523b是一颗巨大的、有着1.7亿年历史的超级地球，可能在极地轨道上运行
经由威斯康星大学麦迪逊分校
BY: Paul Scott Anderson
FY: AI
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