科學家說，超重的系外行星比鋼鐵更密集

一顆新發現的系外行星具有如此奇特的特征，以至于天文學家認為它一定在過去某個時候經歷過一次巨大的碰撞。

TOI-1853b 是系外行星只是比海王星小一點，但密度幾乎是地球的兩倍，這表明巖石成分很高，很難通過正常的行星形成和演化渠道來解釋。

相反，由意大利羅馬大學Tor Vergata和英國布里斯托爾大學的物理學家Luca Naponiello領導的一個團隊認為，它曾經是一個更大，更氣體的世界的核心，通過極端暴力失去了大氣層。

“這個星球非常令人驚訝！通常，我們期望用這么多巖石形成的行星會變成氣態巨行星，例如木星密度與水相似，”物理學家竇靜瑤解釋道布里斯托爾大學。

“TOI-1853b的大小與海王星相當，但密度高于鋼。我們的工作表明，如果行星在形成過程中經歷了極其有活力的行星 - 行星碰撞，就會發生這種情況。這些碰撞剝離了一些較輕的大氣層和水，留下了一個富含巖石的高密度行星。

TOI-1853b在系外行星中是罕見的。它牢固地坐落在一個被稱為海王星沙漠– 一個與海王星大小相當的世界，與它的恒星在近距離的軌道上。

只有少數幾個符合這種描述的世界被發現，其中超過5，500顆已確認的系外行星迄今為止。弄清楚為什么海王星沙漠中的系外行星如此之少將有助于我們更好地了解行星的形成和演化。

TOI-1853b是地球半徑的3.46倍;海王星是3.88 地球半徑.但相似之處幾乎到此為止。系外行星繞其主恒星運行，一顆橙矮星大約是太陽大小的80%，每1.24天一次。雖然它的半徑并沒有把想象力拉得太遠，但它的質量確實令人困惑：是地球質量的73.2倍。海王星只是17.15 地球質量.

在這種尺寸和質量下，研究小組計算出，TOI-1853b的密度為每立方厘米9.7克。這太瘋狂了。海王星的平均密度為每立方厘米1.64克。地球的平均值為5.15克。鐵的密度7.87 克每立方厘米，鋼的密度大致相同。

海王星的密度如此之低，是因為它有一個厚厚的、延伸的大氣層。TOI-1853b的密度告訴我們，它的成分中必須有很多密度更高的材料，而不是太多的大氣層。（此外，地球的核心密度是高達 13 克;大質量物體內部的物質被壓縮它上面的所有質量，所以它的密度上升。

Naponiello和他的團隊進行了模擬，以確定一顆行星在銀河系中是如何變成這樣的。他們發現，最可能的解釋是兩顆巨大的、仍在形成的系外行星之間的高速撞擊，將它們粘在一起并噴射出大氣層。

“我們對這項研究的貢獻是模擬極端的巨大撞擊，這些撞擊可能會從原始較大的行星上消除較輕的大氣和水/冰，以產生測量的極端密度，”物理學家菲爾·卡特說布里斯托爾大學。

“我們發現最初的行星體可能需要富含水，并以每秒75公里以上的速度遭受極端的巨大撞擊，才能產生觀察到的TOI-1853b。

該團隊計劃進行后續觀測，以尋找TOI-1853b周圍大氣的痕跡，并分析其成分，以確定它們的碰撞情景是否可能。

有趣的是，另一顆類似的系外行星剛剛被發現由另一組科學家。TOI-332b是地球半徑3.2，質量57.2地球，在圍繞橙矮星的18.72小時軌道上，密度為每立方厘米9.6克。也許兩個獨立的團隊可以共同努力。

“我們以前沒有調查過如此極端的巨大影響，因為它們不是我們預期的，”物理學家佐伊·萊因哈特說布里斯托爾大學。

“要改進作為我們模擬基礎的材料模型，并擴展模擬的極端巨大撞擊的范圍，還有很多工作要做。

該研究已發表在自然界.

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