密度比棉花糖還低！罕見「超蓬鬆」氣巨行星或揭露形成演化之謎

天文學家新發現兩顆極為罕見的「超蓬鬆」（super-puff）系外行星 TOI-791b 與 TOI-791c，體積皆與木星相當，平均密度卻低得驚人，甚至比棉花糖還蓬鬆，為天文學家提供研究巨大氣體行星形成與演化的重要線索。

TOI-791b半徑幾乎與木星相同，質量卻僅木星3%；TOI-791c體積甚至略大於木星，但質量也只有木星5.9%。兩顆行星環繞一顆類似太陽的恆星TOI-791運行，位於飛魚座方向，距離地球約1,113光年。

團隊指出，真正令人驚訝的並非它們的大小，而是原本不預期會發現這類天體。一般而言，如此低密度的巨大行星相當罕見，因此它們成為驗證氣體巨行星及低密度行星形成理論的重要案例。研究員利用凌星法分析凌日系外行星巡天衛星（TESS）多年累積的觀測資料，藉由恆星亮度週期性下降來確認行星存在。由於TOI-791b與TOI-791c的公轉週期分別長達139天及232天，TESS必須歷經七年、累積1,122天觀測，才能完整紀錄足夠凌星事件數據，確認兩顆行星的軌道與物理特性。

▲ 系外行星TOI-791b、TOI-791c與地球、海王星、天王星、土星、木星的大小比較圖。

此雙行星系統同時也是研究低密度行星演化的天然實驗室。團隊計畫利用韋伯太空望遠鏡進行後續觀測，分析膨脹大氣是否含碳、氮、氧等元素形成的分子，以深入了解這類低密度巨行星的形成機制與演化歷程。此外，TOI-791b與TOI-791c彼此有特殊的軌道共振關係，兩者重力會互相牽引，使凌星發生時間產生極細微的提前或延後。研究員正是量測這些「凌星時間變化」（Transit Timing Variations，TTV），成功推算兩顆行星質量，並證實它們平均密度極低。

目前已知的低密度行星本就寥寥可數，而同恆星系統同時有兩顆此類天體更是前所未見的罕見案例，因此有極高研究價值。研究員表示，大型氣體行星形成往往深刻影響整個行星系統的架構與後續演化，像TOI-791b與TOI-791c這種「木星大小卻遠低於木星質量」的特殊天體，正是驗證行星形成理論的關鍵目標。此外，多行星系統重力交互作用會在數十年甚至更長時間持續演變，長期追蹤這些軌道變化，有助揭露氣體巨行星形成、遷移及演化的完整歷程。

（本文由台北天文館授權轉載；圖片來源：NASA / Daniel Rutter）