天文学家近日确认了一颗可能是目前已知最古怪的系外行星。它的外形并不接近我们熟悉的球体，而是在极端引力作用下被拉伸成类似“柠檬”的形状。在这颗世界的上空，富含碳的烟尘可能漂浮在大气中，而在深处的高压环境下，甚至不排除形成钻石结构的可能。它的存在方式与成分都极端到超出了现有行星形成理论的解释范围。
这颗行星被命名为 PSR J2322-2650b，质量与木星相当，却绕着一颗脉冲星运行。它与这颗“死星”的距离仅约160万公里，比太阳系中任何行星与其恒星的距离都要近得多。由于轨道极端紧凑，它完成一次公转只需要约7.8小时。脉冲星强大的引力潮汐力持续拉扯着这颗行星，使其无法保持球形，而是被挤压成明显拉长的椭圆结构。
真正让研究人员困惑的并不仅是它的形状，而是它的成分。通过詹姆斯·韦伯太空望远镜对整条轨道进行观测后，科学家发现，这颗行星的大气几乎完全被碳分子主导。光谱数据显示，氧、氮和氢这些在行星大气中通常十分常见的元素要么极其稀少，要么几乎无法探测。
研究团队指出，穿过行星大气的光线显示出异常强烈的碳分子吸收特征，尤其是由两个或三个碳原子组成的分子。这些分子在红外波段留下了清晰而独特的“指纹”，而这种信号的强度意味着碳在大气中的比例高得惊人。按照常规化学规律，在高温环境下，碳通常会与氧或氮结合，但在这里，碳的丰度似乎远远压倒了其他元素。
从理论上讲，要出现如此极端的碳主导环境，碳与氧的比例必须高到远超已知恒星或行星的水平。这种情况几乎不符合任何现有的行星形成模型。研究人员坦言，他们从未在行星大气中见过类似的组合。
PSR J2322-2650b 所处的系统属于天文学家所说的“黑寡妇”类型。在这类系统中，一颗高速旋转的脉冲星通过强烈的辐射和引力，逐渐剥离其伴星的物质，过程就像名称暗示的那样残酷。按照主流观点，这种剥离通常会留下一个由多种元素混合而成的残余天体，而不是几乎纯粹的碳世界。
然而，这颗行星显然打破了这一预期。它既不像普通行星那样从原行星盘中形成，也不像典型黑寡妇系统中的残骸那样符合核物理规律。即便是已知碳含量较高的恒星，其碳氧比例也远远低于这里观测到的水平。
有研究人员提出了一种大胆的设想：这颗行星的主体可能并非完全由碳构成，而是以氦为主，碳只是其中的一小部分。但即便如此，仍难以解释为什么这些碳会如此集中地出现在可观测的大气层中。如果整颗行星都是碳，其密度和体积又会与观测结果严重不符。
这颗行星的能量来源同样异常。它并不是被可见光加热，而是直接暴露在脉冲星释放的高能辐射之下，尤其是伽马射线。这些能量并不会停留在大气表层，而是深入到更高压的区域，改变了行星内部与大气的热结构。
模型显示，这种深层加热会引发与普通“热木星”完全不同的大气环流模式。通过分析光谱随轨道运动产生的细微变化，研究人员推算出该行星的轨道倾角约为31度，质量在木星的1.4到2.4倍之间。白昼一侧的温度最高可达约2300开尔文，而夜侧则维持在约900开尔文，形成显著的温差。
更令人意外的是，行星最热的区域并不正对着脉冲星，而是向西偏移了一定角度。这表明行星上存在强烈的反向高速风。由于它自转极快，大气环流模式发生了反转，西风成为主导，这一现象此前只在理论模型中被预测过。
在行星内部，极端压力可能让碳以完全不同的形式存在。一些科学家推测，随着内部逐渐冷却，碳可能结晶成钻石，并在氦环境中“上浮”。如果这一设想成立，这颗行星的深处或许存在着类似“氦海洋中漂浮钻石冰山”的奇异景象。当然，这一假说仍存在巨大争议，因为它需要同时解释为何氧和氮几乎完全缺席。
PSR J2322-2650b 的特殊之处，也为观测带来了难得优势。由于脉冲星主要释放高能辐射，而非明亮的可见光，它不会像普通恒星那样淹没行星的信号。这使得韦伯望远镜能够更清晰地捕捉行星大气的红外特征。
这一发现让天文学家开始重新审视其他类似系统。是否还有更多成分异常的黑寡妇伴星存在？还是说这颗行星只是一个极端的例外？未来对其他脉冲星伴侣的观测，或许能给出线索。
目前，关于这颗“柠檬形行星”的起源仍没有定论。它的存在本身，已经对行星形成和演化的理论提出了严峻挑战。正如一位研究人员所说，科学并不需要立刻给出答案，有这样一个谜题等待探索，本身就是研究的乐趣所在。
本文译自：studyfinds .由olaola编辑发布