科学家们利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一种前所未见的系外行星，其大气构成挑战了当前关于行星形成的认知。
这颗新观测到的天体呈被拉伸的柠檬状，其内部深处甚至可能含有钻石。其奇特的性质使其难以归类，介于天文学家通常认为的行星与恒星之间。
一个与众不同的碳世界
该天体官方编号为PSR J2322-2650b，其大气主要由氦和碳主导，而非大多数已知系外行星上常见的那些气体。这颗质量与木星相当的行星被类似烟灰的黑色云层所笼罩。科学家认为，在行星内部的巨大压力下，这些云层中的碳可能被压缩成钻石。这颗行星围绕着一颗快速旋转的中子星运行。
尽管观测详尽，这颗行星如何形成仍是个谜。
“这颗行星围绕着一颗完全怪异的恒星运行——质量与太阳相当，但大小却只有一座城市那么大，”该研究的主要负责人、芝加哥大学天体物理学家迈克尔·张（Michael Zhang）说。这项研究已被《天体物理学杂志通讯》（The Astrophysical Journal Letters）接受发表。“这是一种前所未见的新型行星大气。”
“这绝对是个意外，”位于华盛顿特区的卡内基地球与行星实验室的彼得·高（Peter Gao）说。“我记得当我们拿到数据后，我们集体的反应是‘这到底是什么鬼东西？’”
一颗围绕脉冲星运行的行星
PSR J2322-2650b围绕一颗中子星运行，中子星也被称为脉冲星，其旋转速度极快。
脉冲星从其磁极以毫秒计的间隔发射出强大的电磁辐射束。大部分辐射以伽马射线和其他高能粒子的形式存在，这些是韦伯的红外仪器无法看到的。
由于恒星本身并未淹没韦伯的探测器，研究人员可以在整个轨道周期内观测这颗行星。这通常很难实现，因为大多数恒星比围绕它们运行的行星要明亮得多。
“这个系统很独特，因为我们能够看到被其主恒星照亮的行星，却完全看不到主恒星本身，”斯坦福大学研究生玛雅·贝莱兹奈（Maya Beleznay）说，她帮助模拟了行星的形状和轨道。“所以我们得到了一个非常纯净的光谱。与普通的系外行星相比，我们可以更详细地研究这个系统。”
令人震惊的大气发现
当科学家分析这颗行星的大气特征时，他们发现了完全出乎意料的东西。
“我们没有在系外行星上发现预期会看到的正常分子——比如水、甲烷和二氧化碳——而是看到了分子碳，特别是C3和C2，”张说。
行星内部的极端压力可能导致这些碳结晶，从而可能在地表深处形成钻石。
然而，最令人困惑的问题仍然没有答案。
“很难想象如何获得这种碳含量极高的成分，”张说。“这似乎排除了所有已知的形成机制。”
致命拥抱中的行星
PSR J2322-2650b的轨道离其恒星极近，仅有100万英里。相比之下，地球距离太阳约1亿英里。
由于如此接近，这颗行星完成一次完整的公转仅需7.8小时。
通过模拟行星移动时亮度的细微变化，研究人员确定，来自质量大得多的脉冲星的强大引力正在将这颗行星拉伸成柠檬形状。
该系统可能属于一种被称为“黑寡妇”的稀有类别。在这些系统中，一个快速旋转的脉冲星与一个较小的、低质量的伴星配对。在早期阶段，来自伴星的物质流向脉冲星，增加了其自转速度并助长了强大的星风。这股星风，连同强烈的辐射，逐渐剥离较小天体的物质。
就像其名字来源的蜘蛛一样，脉冲星缓慢地吞噬着它的伴侣。
然而，在这种情况下，这颗伴星被国际天文学联合会归类为系外行星，而非恒星。
“这东西是像普通行星那样形成的吗？不，因为成分完全不同，”张说。“它是通过剥离恒星外部形成的吗？就像‘正常’的黑寡妇系统那样？可能也不是，因为核物理过程不会产生纯碳。”
科学家渴望解开的谜团
斯坦福大学和卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所的罗杰·罗马尼（Roger Romani）是世界上研究黑寡妇系统的顶尖专家之一。他对这颗行星的奇特大气提出了一个可能的解释。
“随着伴星冷却，其内部的碳氧混合物开始结晶，”罗马尼说。“纯碳晶体浮到顶部并与氦混合，这就是我们看到的景象。但随后必须发生一些事情，将氧和氮排除在外。而这正是存在争议的地方。”
“不过，并非知晓一切也是件好事，”罗马尼补充道。“我期待着更多地了解这种大气的怪异之处。有个谜题去追寻是件很棒的事。”
为何韦伯能带来不同
这一发现之所以成为可能，完全得益于詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外灵敏度和独特的观测条件。韦伯位于距离地球约100万英里的地方，使用巨大的遮阳板使其仪器保持极低的温度，这对于探测微弱的红外信号至关重要。
“在地球上，很多物体都是热的，这种热量会严重干扰观测，因为它是你必须处理的另一个光子来源，”张说。“从地面进行观测绝对不可行。”
芝加哥大学的其他贡献者包括雅各布·比恩（Jacob Bean）教授、研究生布兰登·帕克·科伊（Brandon Park Coy），以及曾在芝加哥大学担任博士后研究员、现就职于西班牙安达卢西亚天体物理研究所的拉斐尔·卢克（Rafael Luque）。
这项研究由美国国家航空航天局（NASA）和海辛-西蒙斯基金会资助。
