這是怎麼形成的？巨大行星竟環繞小型恆星

天文學家利用詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測一個在現有理論下較難解釋的系統 TOI-5205，其中一顆大小與木星相當的巨行星，竟環繞著一顆僅約為木星四倍大小、質量約為太陽 40% 的小型恆星。進一步分析發現，這顆行星的大氣中重元素含量竟低於母恆星本身。這項結果與既有行星形成理論不一致，顯示在低質量恆星周圍形成巨行星的過程可能不同。

一般認為，行星形成於恆星誕生初期周圍的氣體與塵埃盤，但像 TOI-5205 b 這樣在低溫、低質量恆星附近形成的大型行星，對現有理論構成挑戰。為了了解這類行星的形成過程，天文學家利用行星從母恆星前方通過時的觀測進行分析。

當行星從母恆星前方通過時，會遮蔽部分星光，同時在行星邊緣掠過的一小部分星光會穿過其大氣層。不同氣體會吸收特定波長的光，留下可辨識的光譜特徵，藉此可推測行星大氣的組成，並進一步了解其形成與演化。觀測結果顯示，其大氣中的重元素含量不僅低於木星，甚至低於母恆星本身，使其在目前已研究的巨行星中顯得格外特殊。

此外，觀測也在其大氣中偵測到甲烷與硫化氫。為了解釋這些結果，研究人員利用行星內部結構模型推估，該行星整體的重元素含量約為其大氣的 100 倍。此外，由於母恆星表面黑子活動強烈，可能影響觀測訊號，研究團隊也對相關效應進行校正，以確保分析結果的可靠性。

▲ 藝術想像圖顯示氣體巨行星 TOI-5205 b 環繞一顆小型、低溫的紅矮星運行。（Source：Katherine Cain／Carnegie Science）

這些結果顯示，重元素可能在形成過程中向內部集中，使得內部與大氣之間未充分混合，進而導致觀測到的大氣中重元素含量偏低。這也意味著，TOI-5205 b 的大氣可能富含碳而缺乏氧，呈現出與典型氣體巨行星不同的化學特性。

整體而言，這項研究提供了一個新的線索，說明即使在低質量恆星周圍，仍可能形成大型行星，而其形成與演化過程，可能與傳統理論有所差異。此研究發表於天文期刊《The Astronomical Journal》（Cañas et al. 2026），研究團隊包含來自台灣中央研究院天文及天文物理研究所的蔡尚旻助研究員。