韋伯望遠鏡證實脈衝星周圍的系外行星：擁有碳主導的大氣層

美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）近期傳來重大發現，科學家們利用其數據確認了系外行星 PSR J2322-2650b 的存在。這顆行星的大氣層組成，對於現有的行星形成模型來說，簡直是個異數。這項詳盡的研究成果已獲《天文物理學期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters）接受，預計將於 2025 年 12 月正式發表。芝加哥大學的首席研究員張邁克（Michael Zhang）指出，團隊偵測到了一種在天文學史上前所未見的行星大氣類型。這一切歸功於 JWST 部署在距離地球數百萬英里外穩定軌道上所具備的卓越紅外線感應能力。

PSR J2322-2650b 這顆天體環繞著一顆脈衝星運行。儘管這顆恆星的質量與我們的太陽相當，但其體積卻縮小到僅有城市大小。行星與恆星之間的距離極為緊密，僅約 100 萬英里。由於脈衝星的巨大引力作用，這顆質量與木星相當的行星被拉扯成了類似檸檬的形狀。其公轉週期短得驚人，僅需 7.8 小時，這明確顯示了其與恆星的極近距離。脈衝星釋放出的強大輻射，主要由伽馬射線和其他高能粒子構成，但這些能量並未干擾韋伯望遠鏡的紅外線探測器，使得科學家能夠在行星的整個軌道上進行清晰的光譜追蹤。

韋伯望遠鏡收集到的數據揭示了一個令人驚訝的大氣組成：其中以氦氣為主，並含有大量的碳三（C3）和碳二（C2）分子。這是一個史無前例的觀測結果，因為在已研究的約 150 個系外行星大氣中，沒有任何一個展現出可偵測到的分子碳。這種成分在一個表面溫度超過攝氏 2000 度，且缺乏氧氣和氮氣的環境中，顯得極為反常。史丹佛大學的瑪雅·貝萊茲納伊（Maya Beleznaï），負責模擬該行星的幾何形狀，她強調，這種獨特的結構為詳細分析提供了異常「純淨」的光譜訊號。

研究團隊推測，行星內部可能存在極端的壓力，這種壓力或許已將行星內部的碳壓縮成了鑽石的形態。張邁克表示，這種化學結構對既有的行星形成理論提出了嚴峻的挑戰，因為很難想像如何能形成如此富含碳的組成，這似乎排除了所有已知的形成機制。該系統被歸類為雙星「黑寡婦」系統，但張邁克認為，PSR J2322-2650b 並不符合恆星物質拋射後形成的標準殘餘物模型，因為核物理學通常不會產生純粹的碳。史丹佛大學的羅傑·羅馬尼（Roger Romani）提出了另一種理論，認為這可能與碳和氧的內部結晶過程有關，導致純碳被帶到表面。

先前使用位於智利的雙子星南極望遠鏡（Gemini South）進行的初步探測，已經確認了這個「黑寡婦」系統的存在，在這個系統中，脈衝星正逐步吞噬其伴星。張邁克，這位已於 2025 年 1 月獲得鈴木博士後研究獎學金的學者，過去在芝加哥大學期間就曾參與過 JWST 數據的分析工作。包括卡內基地球與行星實驗室的彼得·高（Peter Gao）在內的多位科學家，坦言團隊初次看到數據時的反應是：「這到底是什麼鬼東西？」這項對圍繞毫秒脈衝星 PSR J2322-2650 運行的行星的確認，無疑為我們理解這些極端奇特的系外世界開啟了嶄新的一頁。