在「不可能的地帶」長成巨獸，超級木星的高效率形成令科學家費解

在太陽系中，木星是無可爭議的行星之王，但在銀河系的其他角落，存在著體型比木星還更巨大的「超級木星」，它們運行在距離母恆星數十億英里外的荒涼地帶。最近，一項發表在《自然·天文學》期刊的研究，利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測了距離地球約 130 光年外的 HR 8799 系統。這個系統過去採用直接影像法拍攝到了多顆大型行星，這裡有四顆質量高達木星 5 至 10 倍的巨型氣態行星，並且它們與母恆星的距離遠達 15 到 70 個天文單位，這在傳統行星形成理論中幾乎是難以解釋的地帶。

天文學界對於巨大天體的誕生通常有兩套劇本：一種是如同木星般由岩石核心緩慢吸積塵埃與氣體的「由下而上」模式；另一種則是像恆星一樣，由氣體雲直接因重力坍縮而成的「由上而下」模式。由於HR 8799的行星位於物質稀薄的星盤邊緣，過去許多專家認為，這些遠在天邊的巨獸應該是透過重力塌縮直接形成的，因為在那個距離下，傳統的核心吸積速度太慢，根本來不及在氣體盤消散前拼湊出如此龐大的行星。

為了破解身世之謎，研究團隊利用韋伯望遠鏡的近紅外線光譜儀（NIRSpec）尋找大氣中的「硫」。在行星形成的初期，硫通常被鎖在固體的岩石或冰粒中，因此如果在行星大氣中發現大量的硫，就代表這顆行星在成長過程中曾經吞噬過大量的固體物質，這強烈暗示它走的是核心吸積路線。研究結果令人驚訝，團隊在內側三顆行星中都發現了硫化氫的蹤跡，證實這些質量高達木星10倍的巨型行星，其形成方式竟然與木星非常相似，也就是由下而上的核心吸積法。

▲ 這是韋伯望遠鏡（JWST）抓到行星身世證據的現場。左邊照片是 HR 8799 系統裡的三顆巨行星；右邊則是科學家為行星「c」拍下的「化學指紋」。可以看到橘色曲線在特定位置出現起伏，那正是硫化氫存在的證明。這項發現解開了謎底：這些巨無霸行星不是像恆星那樣直接塌縮形成的，而是像木星一樣，先從一塊塊岩石與冰塊「積少成多」拼湊出來的。（Source：UCSD）

▲ 原行星盤正在吸積附近物質的意象圖，由藝術家繪製。（Source：ESA/Webb）

這項發現讓天文學家陷入了新的迷思，因為依照目前的模型，在離恆星如此遙遠的地方，行星形成物質的累積效率不應該這麼高。這些行星不僅富含硫，還統一地富含碳與氧，顯示它們在形成過程中合併固體物質的效率極其驚人。這項研究挑戰了既有的行星演化框架，科學家目前仍無法解釋宇宙如何在如此稀薄的邊境，以這種「超高效率」拼湊出超級巨無霸。接下來，天文學界將持續探索更多類似系統，以判斷HR 8799究竟是一個獨特的特例，還是我們對宇宙如何製造行星的理解仍存在關鍵的缺失。