一个国际团队，包括美国宇航局喷气推进实验室和新墨西哥大学的科学家，已经发现了一个轨道为24天的海王星大小的系外行星，绕着附近的M矮星运行。最近的发现提供了令人兴奋的研究机会，这要归功于行星巨大的大气层、小恒星以及系统远离地球的速度。
这项研究的主题是toi-1231b：一颗温带海王星大小的行星，围绕着附近的m3矮行星nltt24399运行，它将在未来一期的《天文学》杂志上发表。太阳系外行星toi-1231b由过境太阳系外行星探测卫星（TESS）探测到，并由智利拉斯坎帕纳斯天文台麦哲伦粘土望远镜（Magellan clay telescope）的行星探测光谱仪（PFS）跟踪。PFS是一种复杂的仪器，通过它们对宿主恒星的引力效应来探测系外行星。当行星围绕其宿主运行时，测得的恒星速度会周期性地变化，揭示行星的存在及其质量和轨道信息。
美国宇航局的Tess观测策略，将每个半球分成13个区域，持续28天左右，正在进行最全面的全天搜索过境行星。这种方法已经证明了它能够探测从类日恒星到低质量M型矮星的大小行星。M型矮星又称红矮星，是银河系中最常见的恒星类型，约占银河系所有恒星的70%。
M型矮星较小，只有太阳质量的一小部分，亮度较低。因为M型矮星相对较小，当一颗具有一定大小的行星通过恒星时，被行星阻挡的光量相对较大，这就更容易找到行星的过境点。想象一下，一颗类地行星经过一颗太阳大小的恒星前，这颗恒星会挡住一小部分光线；但是如果它经过一颗小得多的恒星前面，被阻挡光的比例会更大。从某种意义上说，这在恒星表面形成了一个更大的阴影，使得m矮星周围的行星更容易被探测和研究。
虽然它可以探测到整个天空中的系外行星，但Tess的探测策略会产生基于轨道周期的显著观测偏差。系外行星必须在Tess观测范围内至少两次穿过其主恒星，才能被SPOC管道和QLP管道探测到，这两个管道分别搜索Tess的2分钟和30分钟的节律数据。由于Tess观测到的74%的天空覆盖率只有28天，所以Tess探测到的大多数系外行星的周期都不到14天。因此，toi-1231b的24天周期使其发现更有价值。
美国宇航局喷气推进实验室（NASA-JPL）的科学家詹妮弗•伯特是本文的主要作者。她的合作者包括UNM物理学和天文学助理教授戴安娜·德拉戈米尔（Diana dragomir），她测量了这颗行星的半径和质量。”伯特说：“我们与世界各地一批优秀的天文学家合作，收集了必要的数据来描述主星的特征，并测量了行星的半径和质量。”。反过来，这些数值允许我们计算行星的体积密度，并假设它是由什么组成的。toi-1231b的大小和密度与海王星非常相似，因此我们认为它具有类似的大气态大气“围绕M型矮主运行的系外行星的另一个优点是，我们可以更容易地测量它们的质量，因为行星质量与恒星质量的比也更大。当恒星很小且质量很小时，现有的探测方法可以更好地工作，因为行星比恒星更容易突出。就像星星上的影子。恒星越小，恒星的质量越小，可以探测到的行星影响就越多。即使toi1231b距离其恒星的距离是地球距离太阳的距离的8倍，但由于其主星较冷且亮度较低，其温度也与地球相近。然而，这颗行星本身实际上比地球大，比海王星小——我们可以称之为“次海王星”
伯特和德拉戈米尔是麻省理工学院卡夫利研究所的研究员时开始这项研究的。他们与专门观察和描述小行星大气层的科学家合作，找出目前和未来哪些天基任务可能能够窥探到toi-1231b的外层，告诉研究人员哪些气体正在环绕行星运转。toi-1231b的温度约为330开尔文或140华氏度，这是迄今为止发现的可用于大气研究的最冷的小型系外行星之一。
过去的研究表明，这种冷行星的大气层中可能有云层，因此很难确定它们周围是什么类型的气体。但对另一颗小而冰冷的行星k2-18b的新观测打破了这一趋势，并通过显示其大气层中存在水的证据，令许多天文学家感到惊讶。”“Toi-1231b是我们已知的仅有的其他大小和温度范围相似的行星之一，因此对这颗新行星的未来观测将使我们能够确定这些温带星球周围常见（或罕见）的水云形成方式，”伯特说
此外，由于其主星具有较高的近红外（NIR）亮度，它将成为哈勃太空望远镜（HST）和詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）未来任务的令人兴奋的目标。由论文的一位合作者领导的第一组观测应该在本月晚些时候使用哈勃太空望远镜进行。
“Toi1231b的低密度表明它被大量的大气层包围，而不是岩石行星。”但这种大气的组成和范围尚不清楚，”德拉戈米尔说，“1231b可能有一个较大的氢气或氦气大气，或是一个更稠密的水蒸气大气。每一个都指向一个不同的起源，这使得天文学家能够理解围绕m矮星的行星是否以及如何形成与围绕太阳的行星不同的行星。我们即将进行的HST观测将开始回答这些问题，预计JWST将对这颗行星的大气层进行更彻底的观察。”
研究这颗行星大气的另一种方法是，通过寻找行星周围氢和氦原子通过其宿主恒星表面的证据，来调查气体是否被吹走。一般来说，氢原子几乎不可能找到，因为它们的存在被星际气体掩盖了。但是这个行星-恒星系统提供了一个独特的机会来应用这个方法，因为它离地球太远了。
伯特说：“过去20年来，系外行星科学最有趣的结果之一是，迄今为止我们发现的新行星系统中，没有一个看起来像我们的太阳系。”。它们充满了地球和海王星大小的行星，它们的轨道比水星的要短得多，所以我们没有任何当地的例子来比较它们。我们发现的这颗新行星仍然很奇怪，但它离一颗有点像我们邻居的行星又近了一步。与目前发现的大多数凌日行星相比，它们的温度通常在几百度或几千度之间，而toi-1231b则非常寒冷。这颗行星与附近的其他两到三颗小型系外行星会合。今后几年，我们将用各种望远镜对其进行仔细检查，请密切关注toi1231b的新进展。”
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