科學家們使用美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了一種以前未知的系外行星，其大氣層挑戰了當前關於行星如何形成的想法。
新觀察到的世界有一個細長的檸檬狀形狀，裡面甚至可能含有鑽石。它的奇怪特徵使其難以分類，介於天文學家通常認為的行星和恆星之間。
獨一無二的碳世界
該天體的正式名稱為 PSR J2322-2650b，其大氣層主要為氦和碳，而不是大多數已知系外行星中常見的已知氣體。這顆行星的質量與木星大致相同，周圍環繞著黑色的煙灰狀雲層。由於行星內部的高壓，科學家相信這些雲中的碳可以被壓縮成鑽石。這顆行星繞著一顆快速旋轉的中子星運行。
儘管進行了詳細的觀察，但這顆行星是如何形成的還是未知的。
“這顆行星繞著一顆完全陌生的恆星運行，其質量與太陽相當，但大小卻有一座城市那麼大，”這項研究的首席研究員、芝加哥大學天體物理學家邁克爾·張(Michael Zhang)說。該研究已被《天體物理學雜誌快報》接受發表。 “這是一種以前從未見過的新型行星大氣層。”
華盛頓卡內基地球與行星實驗室的彼得·高說：“這完全令人驚訝。我記得當我們得到數據時，我們的集體反應是，‘這到底是什麼？’”
圍繞脈衝星的行星
PSR J2322-2650b 圍繞一顆中子星（也稱為脈衝星）運行，該中子星以極快的速度旋轉。
脈衝星從磁極以毫秒為單位發射強大的電磁輻射束。大部分輻射以韋伯紅外儀器看不見的伽馬射線和其他高能粒子的形式出現。
由於恆星本身不會通過韋伯探測器，因此研究人員可以觀察這顆行星的整個軌道。這幾乎是不可能的，因為大多數恆星比它們周圍的行星亮得多。
“這個系統是獨一無二的，因為我們能夠看到被主星照亮的行星，但根本看不到主星，”斯坦福大學研究生瑪雅·貝勒茲奈（Maya Beleznay）說，她幫助模擬了行星的形狀和軌道。 “所以我們得到了非常乾淨的光譜。而且我們可以比正常的系外行星更詳細地研究這個系統。”
驚人的大氣發現
當科學家分析這顆行星的大氣特徵時，他們發現了一些完全出乎意料的事情。
“我們沒有找到我們在系外行星上看到的正常分子，如水、甲烷和二氧化碳，而是看到了碳分子，特別是 C3 和 C2，”張說。
地球內部的極端壓力會導致碳結晶，可能在地殼深處形成鑽石。
然而，最令人困惑的問題仍然沒有答案。
“很難想像如何獲得這種富含碳的成分，”張說。 “這似乎排除了所有已知的形成機制。”
一個行星處於致命的擁抱中
PSR J2322-2650b 的軌道非常靠近其恆星，距離大約一百萬公里。相比之下，地球距太陽一億公里。
由於距離如此之近，這顆行星在 7.8 小時內完成其整個軌道（繞恆星一周所需的時間）。
通過對移動行星亮度的微妙變化進行建模，研究人員確定，重得多的脈衝星的強烈引力正在將行星拉伸成檸檬形狀。
該系統可能屬於一種罕見的類別，稱為黑寡婦。在這些系統中，快速移動的脈衝星與質量較小的伴星配對。在早期階段，伴隨物質流入脈衝星，增加其旋轉並引發強風。這種風加上強烈的輻射，逐漸從較小的物體上去除材料。
就像蜘蛛的名字一樣，脈衝星會慢慢地吞噬它的伴侶。
然而，在這種情況下，國際天文學聯合會將伴星歸類為系外行星，而不是恆星。
“這東西的形成像普通行星嗎？不，因為成分完全不同，”張說。 “它是通過剝離恆星的外部而形成的，就像‘正常的’黑寡婦系統那樣？可能不是，因為核物理學不會產生純碳。”
科學家急於解開的謎團
斯坦福大學和卡維利粒子天體物理和宇宙學研究所的羅傑·羅馬尼 (Roger Romani) 是世界領先的黑寡婦系統專家之一。他對這顆行星奇怪的大氣層提出了一個可能的解釋。
“隨著羽流冷卻，內部碳和氧的混合物開始結晶，”羅馬尼說。 “純碳晶體漂浮到頂部並與氦氣混合，這就是我們所看到的。但隨後必鬚髮生一些事情來將氧氣和氮氣推開。這就是爭議所在。”
“但不知道一切也很好，”羅馬尼補充道。 “我期待更多地了解這個場景的怪異之處。有一個謎題真是太好了。”
韋伯為何有所作為
這一發現之所以成為可能，是因為詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的紅外靈敏度和特殊的觀測條件。韋伯距離地球一百萬公里，使用一個巨大的遮陽罩來保持其儀器非常涼爽，這對於探測微弱的紅外信號至關重要。
“在地球上，很多東西都很熱，這種熱量確實會干擾觀測，因為它是你必須處理的另一個光子源，”張說。 “從頭開始這並不完全可行。”
芝加哥大學的貢獻者包括教授 Jacob Bean、研究生 Brandon Park Coy 和芝加哥大學博士後研究員 Rafael Luque（目前在西班牙安達盧西亞 Astrofísica Instituto de Andalucía）。
該研究的資金來自美國宇航局和海辛-西蒙斯基金會。
