韦伯望远镜发现15倍木星质量行星，挑战形成理论边界

NASA的詹姆斯·韦伯空间望远镜直接拍摄到了一颗大质量系外行星的图像。该行星的形成方式与普通行星相似，而非恒星，这挑战了学界长期以来对行星形成质量上限的固有认知。相关研究结果于周二发表在《天体物理学杂志快报》上。研究的核心天体是29 Cygni b——一颗质量约为木星15倍的气态巨行星，围绕一颗类太阳恒星运行，轨道距离约为15亿英里，与天王星到太阳的距离大致相当。

这颗天体恰好处于两种相互竞争的形成理论的分界线上。行星的形成是一个自下而上的过程——尘埃和冰粒在原行星盘中逐渐聚集，最终积累到足够大的质量，进而吸积气体。恒星则不同，它由大片气体云在自身引力作用下碎裂、坍缩而形成。29 Cygni b 的质量约为木星的15倍，两种形成过程都有可能产生这样的天体。

"在计算机模型中，星盘碎裂产生的质量很容易远超29 Cygni b。这已经是这一过程所能产生的最低质量了，"约翰斯·霍普金斯大学与太空望远镜科学研究所的论文第一作者威廉·巴尔默说，"但与此同时，它的质量也大约是吸积过程所能达到的上限。"

研究团队利用韦布空间望远镜的 NIRCam 仪器以日冕仪模式进行观测，在这颗行星的大气中探测到了二氧化碳和一氧化碳的吸收特征。数据显示，29 Cygni b 相对于其宿主恒星呈现出重元素富集的特征——其金属含量相当于约150个地球的总量。这种富集现象表明，该行星是通过从原行星盘中吸积固体物质而形成的，而非源自气体的碎裂过程。

研究人员利用地面CHARA望远镜阵列补充了第二条证据，确认该行星的轨道与其宿主恒星的自转轴方向一致——这是在星盘中形成的典型特征，与我们太阳系中观测到的规律相符。

"我们证明了该行星的轨道倾角与恒星自转轴高度对齐，"共同作者、约翰斯·霍普金斯大学研究生阿什·梅西耶（Ash Messier）表示。

这一结果建立在韦布望远镜此前另一团队研究发现的基础之上——该团队在 HR 8799 系统中探测到了硫元素，该系统中质量为木星5至10倍的超级木星同样显示出类行星形成的迹象。这些发现共同表明，核吸积过程所能产生的天体质量，远超此前的预估。

29 Cygni b 是 Balmer 观测计划中四个目标天体的第一个，这四个天体的质量均在1至15个木星质量之间。随着团队对其余三个天体的分析深入推进，他们希望追踪大气成分如何随质量区间发生变化——从而有望精确勾勒出行星停止以"行星方式"形成、转而以"恒星方式"形成的临界过渡点。