宇航员已经在太阳系中发现了另一个奇怪的外星球。这个外星球十分古怪，因为它的大小介于地球和海王星之间，然而它的密度却比海王星大50%以上。
宇航员之前已经在其他太阳系发现了“膨胀行星”。“膨胀行星”的密度是地球密度的几倍，但是它的半径却比海王星的半径还要大。但是这次发现的行星和“膨胀行星”刚好相反。它的密度超过了海王星，但是他也有更小的半径。超级密度，而不是超级膨胀。
这颗奇怪的行星的发现正质疑着以往人们对行星形成的理解。天文学家和美国国家基金会NOIRLab研究了这颗行星并将结果发表在题名：“The Habitable-zone Planet Finder Reveals A High Mass and a Low Obliquity for the Young Neptune K2-25b.”（宜居带行星探测器发现一颗高质量、低倾角海王星状行星K2-25b）的论文上。该文的第一作者是Gudmundur Stefansson，是普林斯顿大学的一名博士后研究员。
这篇论文将发表在The Astronomical Journal杂志，并可通过arxiv.org获取。开普勒计划于2016年发现了这颗行星，它正围绕着Hyades星团中的一颗M矮星运行，围绕周期是3.5天。根据这篇研究，K2-25b的质量是地球的24.5倍，半径却只是地球的3.4倍。在研究介绍部分，作者写道：“这些特性就犹如一个岩石的内核被一层薄薄的氢-氦包裹（质量比5%）”
K2-25b在Hyades星团中围绕其主星运行。图片来源：NOIRLab/NSF/AURA/Digitized Sky Survey 2
这颗行星引起天文学家的兴趣的原因部分是K2-25b是一颗次海王星。次海王星比海王星有更大的质量和更小的半径，就如K2-25b；或者有相对较小的质量和较大的半径。无论是哪一种，次海王星的存在违背了当前关于行星形成的理论。目前在系外行星研究前沿，理解这类行星的形成依然是一个难题。“K2-25b不寻常！”研究领队-普林斯顿博士后研究员Gudmundur Stefansson在新闻稿中说，“与其他距离主星很近的年轻次海王星相比，它比相近大小、年龄的行星都密集”。“通常这些行星密度较低 —一些甚至有膨胀的气体层。而现有的观测数据看来，K2-25b似乎有着一个密实的岩石核心或者富水核，以及一层薄薄的气体层。”
天文学模型表明大行星首先形成岩石核心，最初的核心质量是适中的，可能只是地球的5到10倍。之后气体聚集在核心周围，形成一个气体包裹层，其质量为地球的数百倍。气态巨行星木星就是以类似的方式形成的。
但是K2-25b行星的出现却表明我们的理解还是不足的。K2-25b有一个巨大的大质量岩石核心，且仅有微小的气体层。这个非同寻常的特性引出了几个问题：他如何形成一个巨大的岩核？既然有如此高质量的核心，为什么却没有形成大量的气体层？
图为一个原行星盘，行星从新生恒星周围的剩余物质中聚集形成，一个岩心首先形成然后吸引气体形成气体包裹层；K2-25b却有所不同，它有一个大质量的岩心和较小的气体层。图片来源于：NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)。但是我们却不完全理解K2-25b以及类似的行星是如何形成的，K2-25b是研究这类行星的天然对象。“鉴于已知其年龄和明确的轨道参数”，论文作者说，“K2-25b是研究M矮行星形成和后续动力学的标准体系，使我们对其他系外类海王星的产生和迁移有进一步的了解”
考虑到它的大核心，它应该形成一个巨大的气体包裹层。然而事实并非如此，原因有几种可能。作者认为一种可能是岩心是通过合并形成，“如何解释它的大质量这一点，我们推测K2-25b 可能是许多小行星内核合并的产物，从而形成了一个大质量行星。”
文章中的这幅图描绘了K2-25b、其他系外行星以及太阳系行星的质量半径平面图。红色曲线是根据已知行星形成模型中岩核和氢氦气体层数据绘制，详细内容请参见研究。图来源于： Stefansson et al, 2020.这种解释也有助于解释行星轨道偏心率的形成，作者写道：“如此的动态环境会使 K2-25b轨道更倾向于偏心轨道，K2-25b也可能正通过与恒星的潮汐作用迁移到更短的周期轨道上。”
像这样的发现常常是科技进步的结果，在欧洲南方天文台超大型望远镜像SPHERE（球体）这样的仪器，为最近的许多发现负责。但在这种情况下，是值五百美元可现货供应的传播器使得这项科技成为可能。首席研究者Gudmundur Stefansson在他的博士论文中运用了一种方式，即使用工程化的传播器。
图片来源:Gudmundur Stefansson/RPC光子学
工程扩散器将来自恒星的光扩散开来，使它可覆盖相机上更多的像素点。这样可以更精确的测量行星经过时恒星的亮度，从而更精确的测量沿轨道运行的行星的大小以及其他参数。参与这项研究的来自NOIRLab的天文学家Jayadev Rajagopal说：“这个创新的扩散器使我们能够更好的定义凌日的形状，从而进一步限制行星的大小、密度和组成成分。”
K2-25b给天文学家提出了一些重要的问题。对于这些问题的答案将不得不等待，但可能不会等太久。K2-25b是James Webb太空望远镜后续观测的主要候选对象。James Webb太空望远镜将配备可以阻挡太阳外光线的强大日冕仪，使其更容易看到在轨道运行的行星。它还会用红外线进行观测，这是它位于L2上的优势。
双子座南望远镜的GHOST（双子座高分辨率光学摄谱仪）也将K2-25b列于它的目标清单上。据该网站介绍，这是一个具有“在高观测效率上广泛同步波长覆盖”的摄谱仪。它对于观测类似K2-25b的行星的大气层非常有效。
用GUOST和JWST得到的观测结果也许不能回答K2-25b所提出的关于行星形成的全部问题。但是他们可以扩展我们对于K2-25b所知以及所不知的界限。同时，也许更多的天文学家将会提出低成本的方法来解决这些问题。
这台摄谱仪和基特峰国家天文台(KPNO)的WIYN0.9米的望远镜同时使用使得这项研究更加有效。位于新墨西哥州阿帕奇波因特天文台(APO)的3.5米的望远镜也是这项研究的一部分。国家红外光学天文研究实验室(NOIRLab)包括双子星天文台，基特峰天文台以及一些其他设施和即将到来的维拉·鲁宾天文台。
作者：EVAN GOUGH
FY：Astronomical volunteer team
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