荒謬的檸檬形狀世界與我們見過的任何東西截然不同

一顆新發現的系外行星必須成為銀河系中我們見過的最奇特世界的王冠。

它叫PSR J2322-2650b，所有東西都非常瘋狂。這是個熱的木星繞軌道運行一毫秒脈沖星被恒星引力拉伸成檸檬形狀。它的大氣中有碳蒸氣，內部可能以氦為主，整個大氣以極快的速度旋轉——在反方向行星自轉的。

“這真是個大驚喜，”天文學家高彼得說卡內基地球與行星實驗室的成員。“我記得我們記錄數據后，大家的反應是'這到底是什么？'”

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毫無疑問，我們的宇宙能夠創造一些奇異的世界，范圍廣泛棉花糖般的氛圍自金屬云和剛玉雨自超致密“子彈”系外行星。

盡管他們經常推動看似可能的界限，大多數世界的性質和行為都可以被理解。PSR J2322-2650b 難以簡單解釋;它的性質其實并不符合已知的行星演化路徑。

“很難想象你是如何獲得如此高度碳濃集的成分的，”天文學家張邁克爾說芝加哥大學的。“這似乎排除了所有已知的形成機制。”

讓我們從這顆恒星PSR J2322-2650（與系外行星相同，但末尾沒有“b”）開始，距離約2055光年。這是一種被稱為毫秒脈沖星–一個中子星并附帶了更多功能。

中子星本身就夠極端的，它由一顆大質量恒星的超致密坍縮核心形成，而這顆恒星已經死亡并爆發了超新星。這些殘余可以達到質量是太陽質量的2.3倍，被壓縮成直徑僅20公里（12英里）的球體。

中子星被升級到毫秒級脈沖星它們以毫秒的速度旋轉——PSR J2322-2650僅為3.46毫秒——同時從極地精確發射強力射線和伽馬射線束。

這促成了PSR J2322-2650b的發現回到2017年.天文學家注意到，他們預期在主星的無線電脈沖中看到的精度有些......怪怪的。他們仔細檢查了時間，追蹤到擾動源于一個未見的行星質量伴星，約占木星質量的80%，繞脈沖星旋轉7.8小時。

這就是我們所知的全部，直到JWST對該系統進行了深入考察。由于太空望遠鏡以紅外波長觀測宇宙，而非從恒星發射的無線電和伽馬射線，因此能清晰觀測系外行星，成為極佳的觀測機會。

“這個系統獨特之處在于，我們能夠觀察被主恒星照亮的行星，但卻看不到主星本身，”天文學家瑪雅·貝列茲奈說斯坦福大學的。“這樣我們就能得到非常純凈的光譜。而且我們能比普通系外行星更詳細地研究這個系統。”

這帶來了對全球大氣條件的一系列觀測，包括風速和風向、溫度以及成分。

行星科學家基于之前對系外行星大氣的研究和基礎化學知識，對系外行星大氣應有的樣子有一個大致的認識。作為第一個被分析大氣層的脈沖星世界，PSR J2322-2650b可能存在一些異常現象，但沒人完全預料到JWST觀測結果。

首先，由于系外行星距離恒星如此接近，其大氣層被宿主的引力拉成了足球形狀。該大氣被伽馬射線束縛，使其溫度約為1900開爾文（1630攝氏度，或2960華氏度）——遠高于僅靠恒光加熱時的1300開爾文。

大氣層也在系外行星向西飛速移動，與行星東向自轉方向相反，而東自轉被鎖定在脈沖星軌道上。

行星組成則是一切變得有些奇特的地方，大量碳可能在低空結晶成鉆石雨。

“這是一種前所未有的行星大氣，”張說.“我們沒有看到我們在系外行星上預期的正常分子——比如水、甲烷和二氧化碳——而是分子碳，特別是碳₃以及C₂."

其中一些答案可能藏在這樣一個問題中：一顆行星如何在產生中子星的核心坍縮超新星爆炸中幸存？其實，這個問題有很好的答案。至少在PSR J2322-2650b的情況下，情況并非如此。

根據其特性，張和他的同事認為，這顆系外行星可能根本不是作為行星開始——它最初是作為一顆氦星開始生命的。

被稱為黑寡婦的脈沖星存在于與其他恒星的雙星系統中，它們像黑寡婦蜘蛛吞噬伴侶一樣慢慢吞噬它們。這種侵蝕解釋了系外行星內部的氦氣，甚至大氣中的碳。

即便如此，仍有一些問題存在。

“伴星冷卻時，內部的碳氧混合物開始結晶。”天體物理學家羅杰·羅馬尼說斯坦福大學和卡夫利粒子天體物理與宇宙學研究所。

“純碳晶體浮到頂部并與氦混合，這就是我們所看到的。但隨后必須采取措施阻擋氧氣和氮氣。這正是爭議所在。”

由于伴星不再處于能夠支持原子核聚變的質量，它不再能被歸類為恒星，甚至不能歸類為棕矮星——這又是模糊界限的又一證據行星與恒星之間.

未來的觀測或許有助于解開這個前所未見系統的奇異性。

“知道一切也挺好的，”羅姆尼說.“我很期待了解更多關于這氛圍的怪異。有個謎題可以追逐真是太好了。”

該研究已發表于天體物理學雜志通訊.

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