WASP-193b：一个密度类似于棉花糖的巨大行星

国际研究团队在利日日耳曼大学的EXOTIC实验室的研究人员的带领下，与麻省理工学院和安达卢西亚天体物理研究所合作，发现了WASP-193b，这是一颗密度非常低的巨行星，围绕着一个遥远的类太阳恒星运转。

这颗新行星距离地球1200光年，比木星大50%，但质量只有其七分之一，因此密度极低，堪比棉花糖。据利日日耳曼大学的EXOTIC实验室的博士后研究员、该项研究文章的第一作者Khalid Barkaoui表示：“WASP-193b是迄今为止发现的第二轻的行星，仅次于Kepler-51d，后者体积小得多。” 它的极低密度使它成为迄今为止发现的五千多颗外行星中的真正异常存在。这种极低密度甚至无法通过受辐射的气态巨行星的标准模型重现，即使假设没有核心结构也不行。”

WASP-193b最初是由广角寻找行星（WASP）项目发现的，这是一个由多个学术机构组成的国际合作项目，共同运营着两个机器人天文台，一个位于北半球，另一个位于南半球。每个天文台都使用一系列广角摄像头测量整个天空中数千颗单独星星的亮度。在2006年至2008年和2011年至2012年期间的数据中，WASP-South观测站检测到了来自WASP-193恒星的周期性凌日，或称为光度下降。天文学家们确定，恒星周期性的亮度下降符合行星每6.25天经过恒星前方的规律。科学家们通过测量每次凌日时行星挡住的光量来估算行星的大小。

该团队随后利用TRAPPIST-South和SPECULOOS-South天文台（由利日日耳曼大学的天体物理学家Michaël Gillon主持），位于智利的阿塔卡马沙漠，以测量不同波长下的行星信号，并验证了这个挡光物体的行星性质。最后，他们还使用了在智利（欧洲南方天文台）的HARPS和CORALIE光谱仪收集的光谱观测数据来测量行星的质量。令他们大为惊讶的是，累积的测量结果显示该行星的密度极低。他们计算出，该行星的质量和大小分别约为木星的0.14倍和1.5倍。由此得出的密度约为0.059克/立方厘米。相比之下，木星的密度约为1.33克/立方厘米；而地球更为致密，为5.51克/立方厘米。与这颗新行星最接近的材料之一是棉花糖，其密度约为0.05克/立方厘米。

“这颗行星如此轻盈，以至于我们很难想到一个类似的固态材料，” 麻省理工学院的教授Julien de Wit说道，“它之所以接近棉花糖，是因为它们都几乎是空气。这颗行星基本上就是超级蓬松的。”

研究人员怀疑这颗新行星主要由氢和氦组成，与银河系中的大多数其他气态巨行星一样。对于WASP-193b来说，这些气体可能形成了一个高度膨胀的大气层，延伸的距离比木星的大气层还要长数万公里。这样的行星如何能膨胀如此之多，是目前任何一个行星形成理论都无法解答的问题。它肯定需要将大量能量储存在行星内部，但具体机制的细节尚未被理解。“我们不知道如何将这颗行星纳入我们目前所有的形成理论中，因为它是所有这些理论的离群值。我们无法解释这颗行星是如何形成的。更仔细地研究其大气层将有助于我们限定这颗行星的演化路径，” 安达卢西亚天体物理研究所（IAA-CSIC, Granada, Spain）的天文学家Francisco Pozuelos补充说。

“WASP-193b是一个宇宙之谜。要解决这个问题，需要进行更多的观测和理论工作，尤其是利用JWST空间望远镜测量其大气特性，并将其与可能导致如此极端膨胀的不同理论机制进行对比，” Khalid Barkaoui总结道。