科学家发现密度与铅相当的超级地球K2-360 b

由日本和欧洲科学家领导的国际研究小组发现了一个围绕类太阳恒星运行的新多行星系统。其中一项发现是一颗超短周期行星，其密度是有史以来最高的。这些发现于 11 月 8 日发表在《自然科学报告》上，为行星在极端条件下的形成和演化提供了新的见解。

艺术家对 K2-360 系统的构想，展示了密度极高的超级地球 K2-360 b（红色）在围绕其类太阳恒星的极近轨道上运行，背景中是更遥远的伴星 K2-360 c（蓝色）。K2-360 b 仅用 21 小时就完成了一次轨道运行，其高温可能导致表面熔融或部分熔融。图片来源：天体生物学中心

K2-360 系统拥有一个密度创纪录的“超级地球”和一颗巨大的外行星，揭示了极端行星演化的奥秘。该系统距离地球约 750 光年，有两颗行星围绕一颗类太阳恒星运行：

K2-360 b：一颗岩石“超级地球”，大小约为地球的 1.6 倍，仅需 21 小时即可完成绕恒星运行。它的质量是地球的 7.7 倍，是迄今为止发现的最致密、特征最明显的超短周期行星。

K2-360 c：一颗较大的外行星，最小质量为 15 个地球质量。这颗行星每 9.8 天绕恒星运行一次，但不凌日，因此其确切大小尚不确定。

“K2-360 b 确实非常了不起——它的密度与铅一样，在一个仅比我们的星球略大的球体中塞入了近 8 个地球质量，”这项研究的主要作者、日本东京天体生物学中心的约翰·利文斯顿说。 “这使得它成为‘超短周期’行星（具有精确参数）中已知密度最高的行星，这些行星绕恒星公转的时间不到一天。”

这一发现得益于美国宇航局的 K2 任务，该任务于 2016 年首次探测到这颗内行星在其恒星前方凌日。随后，地面望远镜（包括 HARPS 和 HARPS-N 光谱仪）的后续观测证实了这颗行星的性质，并揭示了外伴星的存在。

K2-360 b 的极端密度表明，它可能是一颗曾经更大的行星的剥离核心，由于附近主恒星的强烈辐射而失去了外层。“这颗行星让我们得以一窥一些近地行星的可能命运，在数十亿年的进化之后，只有致密的岩石核心残留下来，”都灵大学的合著者 Davide Gandolfi 解释道。

外行星 K2-360 c 为该系统增添了另一层神秘色彩。虽然它没有越过恒星，但它对主恒星的引力使研究人员能够测量其最小质量。计算机模拟表明，它可能在该系统的形成和演化中发挥了至关重要的作用。虽然许多近距离行星被认为是通过与它们诞生的气体盘的相互作用向内迁移的，但 K2-360 b 可能走了一条不同的路径。

“我们的动力学模型表明，K2-360 c 可能通过一种称为高偏心率迁移的过程将内行星推入其当前的紧密轨道，”尼尔斯玻尔研究所的合著者亚历山德罗·特拉尼说。“这涉及引力相互作用，首先使内行星的轨道非常椭圆，然后潮汐力逐渐使其在靠近恒星的地方变成圆形。或者，潮汐圆化可能是由行星的自转轴倾斜引起的。”

研究小组的分析表明，K2-360 b 富含铁元素，岩石成分与地球比水星更相似。研究人员使用基于观测到的宿主恒星化学丰度的模型估计，K2-360 b 可能有一个大铁核，约占其质量的 48%。尽管密度极高，但这使其更接近于“超级地球”而不是“超级水星”。

“我们的内部结构模型表明，K2-360 b 可能有一个由岩石地幔包围的大量铁核，”麦吉尔大学博士候选人、合著者 Mahesh Herath 解释说。“由于从恒星接收到的强烈热量，它的表面可能被岩浆覆盖。了解这样的行星有助于我们拼凑出类地行星在整个星系的不同条件下如何形成和演化。”

K2-360 系统的发现为行星系统架构及其形成过程提供了宝贵的见解。像 K2-360 b 这样的超短周期行星相对罕见，找到一颗拥有巨大外伴星的行星有助于限制有关其形成的理论。利文斯顿总结道：“K2-360 是研究行星如何在极端环境下形成和演化的绝佳实验室。”

编译自/scitechdaily