天文学家发现了一颗异常巨大、密度极高的系外行星，这挑战了关于岩石行星形成的传统观念。这颗名为GJ 523b的系外行星直径约为地球的2.5倍，但其质量约为我们星球的23倍，体积相对紧凑。像这种既大又密的行星有时被称为‘超级地球’，这个术语用于形容异常巨大的以岩石为主的行星。GJ 523b的高密度表明，尽管其体积较大，天文学家通常预计其会积累相当可观的气态包围层，但实际上它的气氛相对较少，威斯康星大学麦迪逊分校在一份声明中指出。“这完全不是我们所期待的。”该研究的主要作者Max Kroft在声明中说。“像这样的高密度行星并不罕见，但它们通常是与地球或水星类似的小型岩石行星。这个行星比地球大两倍半。”GJ 523b最初是由美国国家航空航天局的凌日系外行星勘测卫星（TESS）确定为候选行星，该卫星监测星光的周期性下降，这种下降是由于行星穿过其母星时造成的。研究人员随后使用位于亚利桑那州基特峰国家天文台的地面WIYN 3.5米望远镜进行了后续观察，通过光谱仪测量行星对其恒星的引力牵引。结合这些观察，研究小组计算出GJ 523b的质量约为地球的23.5倍，半径比地球大2.55倍，密度约为每立方英寸126.82克。它每17.75天绕其恒星转动一次。根据该研究，行星系统也相对年轻，估计年龄接近1.7亿年。这种大小、质量和年轻的组合给行星形成模型带来了难题。行星最初是通过建立岩石和金属的核心开始的，然后可以从围绕年轻恒星的气体和尘埃盘中吸引氢和氦。在我们自己的太阳系中，像木星和土星这样的巨大行星被认为在其生长的核心达到大约20倍地球质量时，迅速开始积累其巨大的气体包围层。GJ 523b的质量已经达到了地球的23倍，超过了这一门槛。但是，尽管没有发展成为一个富含气体的世界，其异常高的密度表明它气体相对较少，仍然主要是岩石状的——这引发了一个问题，即为什么它走上了如此不同的道路。“问题是，如果它是地球的20倍大小，这颗行星为什么没有这样做？”Kroft在声明中说道。一个可能性是，GJ 523b最初形成时有一个厚气氛，但后来被剥离。另一个可能性是，它通过两颗行星的碰撞形成，创造了一个更大的岩石世界，同时将它们的大部分气体包围层爆炸到太空中，声明中提到。天文学家已经使用‘超级地球’这个术语超过十年时间来描述异常巨大的岩石世界，尽管它从未代表一个正式建立的系外行星类别。找到更多像GJ 523b这样的例子可能有助于揭示这些不同寻常的世界是否是稀有例外，或者是更广泛族群的一部分。“从一个样本量为1的情况下推断关于行星形成的事情是非常困难的，”Kroft在声明中说。“我们不可能获得10,000颗这样的高密度行星，但如果我们能获得20或30颗，或许能够显现出一些趋势。”这些发现已提交给《天文学杂志》，目前可以在预印本服务器arXiv上获取，尚未经过同行评审。