一個國際科學家小組透露，這種被稱為「半徑谷」的現象，以中等大小行星的稀有為特徵，在紅矮星周圍不會發生。這項發現發表在《天文學雜誌》上，挑戰了先前關於系外行星分佈的假設，並提供了銀河系最豐富恆星周圍外星世界如何形成的新線索。
這項研究涉及麥克馬斯特大學的博士生 Erik Gillis、同一機構的助理教授 Ryan Cloutier 和麻省理工學院 (MIT) 的博士後研究員 Emily K. Pass。三人組分析了美國太空總署 TESS 衛星的數據，檢查了 8,134 顆半徑在太陽半徑 8% 到 40% 之間的中高級紅矮星。
「射線谷」及其在紅矮星中的缺失
「半徑谷」代表了先前觀察到的圍繞類似太陽的恆星的行星尺寸分佈中的一個間隙。半徑為地球1.5至2倍的中間行星在這些恆星結構中極為罕見。當天文學家將行星數量繪製為半徑的函數時，視覺化顯示了一個谷形圖案，兩個峰值被深谷分開。
吉利斯、克勞蒂爾和帕斯的發現表明，這種模式不會在紅矮星周圍重複出現。數據顯示出一個更平滑的分佈，而不是一個明確定義的山谷，隨著行星大小的增加，行星的數量逐漸減少。這種根本性的差異可能會改寫對行星系統如何根據宿主恆星質量進行自我組織的理解。
研究揭示了兩種類型行星之間的對比比例：
- 圍繞著紅矮星，超級地球的表現優於次海王星 5.5 比 1
- 超級地球維持著強大的繞著這些低質量恆星運行的族群
- 在分析的目錄中幾乎不存在亞海王星
- 分佈遵循漸進的模式，而不是突然的模式
- 數據涵蓋8000多個不同年齡的恆星系統
超級地球和亞海王星的獨特特徵
超級地球是比地球大得多的岩石世界，質量接近地球的十倍，主要由岩石材料組成。反過來，亞海王星是較小的天體，其規模與海王星相似，被大量大氣層包圍或被豐富的水覆蓋，這取決於所考慮的理論。我們的太陽系中不存在這些類型的行星，因此在其他恆星周圍探測它們對於了解宇宙中行星的多樣性至關重要。
先前的研究已经证实，超级地球和亚海王星在太阳等恒星周围大量存在，但很少发现中等大小的行星。这种稀有性催生了“射线谷”的概念，这一发现在过去十年里引起了天文学家的兴趣。然而，类太阳恒星仅代表银河系恒星的一小部分。较小、温度较低且亮度较低的红矮星占恒星总数的绝大多数。這些主要天體中是否會出現相同半徑的谷的問題仍然懸而未決，部分原因是觀察微弱的紅矮星提出了相當大的技術挑戰。
TESS 數據揭示了行星的獨特分佈
由 NASA 發射、透過凌日法探測系外行星的 TESS 望遠鏡提供了解決這個問題所需的資料集。研究團隊利用衛星觀測來檢查前所未有的紅矮星樣本，涵蓋不同的恆星年齡和廣泛的半徑。
結果是明確的：雖然許多超級地球被證實圍繞著紅矮星運行，但亞海王星的數量卻出乎意料地少。超級地球的表現超出亞海王星五倍以上，這種驚人的差異凸顯了與在更大質量恆星周圍觀察到的模式的根本偏差。這些數據不僅證實了半徑谷的不存在，也顯示這些低質量恆星周圍存在著不同的形成機制。
行星形成模型的影響
這些發現支持了一種稱為「富含水的卵石吸積模型」的特定理論模型。該模型假設，卵石（行星的組成部分）根據主恆星的特徵以不同的效率累積。隨著恆星質量的減小，超級地球和亞海王星之間的邊界變得不那麼明顯，導致在太陽恆星周圍系統中觀察到的半徑谷消失。
隨著中心恆星的質量變小且溫度降低，行星形成的環境也發生了顯著變化。模型預測，富含水的卵石堆積得更均勻，形成岩石、水的行星，而不是被稠密的氣態大氣包圍的世界。因此，這項研究中在紅矮星周圍發現的大多數亞海王星可能具有以水為主的成分，代表了一種獨特的外星世界類別。
吉利斯强调了这些发现的科学重要性：充分了解行星如何形成以及它们由什么材料组成是了解行星起源和宇宙中生命出现的重要先决条件。這項研究透過揭示隨恆星質量而變化的形成過程，使科學家更接近這個基本目標。
未來觀察視角
使用新一代仪器，特别是詹姆斯·韦伯太空望远镜的补充观测，将允许对行星大气和表面成分进行直接光谱分析。這些觀測結果可以證實在紅矮星周圍檢測到的亞海王星是否實際上是水世界或具有意想不到的成分特徵。这些确认将极大地加深对行星结构如何随恒星参数变化的理解，有助于对银河系外行星系统多样性进行全面编目。
