一項國際合作研究發現了兩顆密度極低的巨大行星，這一發現挑戰了我們對巨大行星形成的理解。該研究由牛津大學主導，並與法國蔚藍海岸大學及伯明翰大學合作，揭示了一個不尋常的系統，這些行星的密度低於棉花糖。這兩顆行星分別是 TOI-791 b 和 TOI-791 c，圍繞著一顆位於南天鯨座、距離地球 1,110 光年的 F7 型矮星運行。雖然它們的大小與木星相似，卻異常稀疏。
TOI-791 b 的密度為 0.038 克每立方厘米，而 TOI-791 c 的密度為 0.047 克每立方厘米。相比之下，棉花糖的密度約為 0.05 克每立方厘米，而地球的密度則為 5.5 克每立方厘米。木星的平均密度為 1.33 克每立方厘米，這比這些蓬鬆的行星高出 28 至 35 倍。
TOI-791 系統揭示了行星形成的新視角
這些行星是同一氣體和塵埃盤中形成的“兄弟行星”。它們被鎖定在一種罕見的引力關係中，稱為 5:3 的平均運動共振。內側行星每完成五次軌道，外側行星幾乎正好完成三次。這種引力互動使行星之間反覆拉扯，產生可測量的過境時間變化。已知只有四個系統擁有多顆超輕行星，使 TOI-791 成為一個極為罕見的實驗室。參與「行星獵人 TESS」公民科學項目的志願者於 2019 年和 2023 年首次通過 NASA 的過境系外行星調查衞星識別了這些行星。
研究人員隨後通過結合行星的大小和質量觀測計算其密度。
當行星在其宿主星前面通過時，會稍微減弱星光，顯示出其大小。通過分析行星之間互相引力造成的過境時間微小變化，研究團隊估計了這些行星的質量和低密度。這一發現依賴於八年的觀測，包括來自南極 ASTEP 望遠鏡的數據。南極的冬季提供了獨特的優勢，數月的連續黑暗使天文學家能夠在一次不間斷的觀察中捕捉到這些行星的超長過境，每次持續超過 11 小時。這些是官方記錄中從地面觀察到的最長連續行星過境。
天文學家仍在討論超輕行星的形成機制。一種主要理論認為，這些行星擁有豐富的氫和氦的大氣，佔其總質量的相當一部分。這些巨大的氣體包層可能在行星遠離其宿主星的寒冷區域形成，當時氣體能迅速圍繞著固體核心聚集。研究人員計劃進行後續調查，以更好地瞭解這種形成歷史。他們提議使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，評估這些蓬鬆的大氣中是否含有碳、氮和氧等成分。這一基於太空的觀測將為這些不尋常的多行星系統如何在長期內演變提供新的見解。
該研究首次發表於《皇家天文學會月刊》。
