IT之家 10 月 27 日消息，詹姆斯?韋布空間望遠鏡（JWST）發現一顆圍繞脈沖星運行的碳大氣行星，挑戰了當前關于行星形成機制的主流理論。

科學進步往往源于那些無法被現有認知解釋的數據。這一觀點最早由托馬斯?庫恩在其著作《科學革命的結構》中提出，他認為當現有模型無法解釋新出現的證據時，科學范式就會發生轉變。

基于這一邏輯，科學家通常樂于接受出人意料的發現，尤其是那些迫使我們重新思考宇宙運行規律的觀測結果。近日發表在預印本平臺 arXiv 上的一項新研究，利用詹姆斯?韋布空間望遠鏡（JWST）的觀測數據，可能正代表了這樣一個顛覆性時刻：研究人員在分析一顆圍繞毫秒脈沖星運行的系外行星時，發現其大氣幾乎完全由純碳構成。

“黑寡婦”脈沖星系統

據IT之家了解，這顆脈沖星編號為 PSR J2322-2650，屬于一類罕見的“黑寡婦”（black widow）系統。這類系統通過從鄰近伴星吸積物質釋放巨大能量。隨著時間推移，脈沖星強大的引力和高能輻射會逐漸剝離伴星的外層，最終留下一個致密的、體積接近木星大小的殘余天體。

在此案例中，該伴星很可能已經演變成了一顆“熱木星”，每 7.8 小時便繞中子星公轉一圈。通常情況下，這一過程分為兩個階段：首先，中子星（同時也是脈沖星）從伴星吸積物質；隨后，它以高能伽馬射線猛烈轟擊殘留伴星，蒸發其大部分質量，并最終形成一顆富含氦元素的行星。

碳富集大氣的驚人發現

這顆伴星行星被命名為 PSR J2322-2650b，其尺寸與密度與其他“黑寡婦”系統中形成的木星級殘骸一致，因此原本預期其成分為以氦為主。然而，JWST 獲取的光譜數據卻揭示了一個完全出乎意料的結果：該行星大氣主要由元素態碳組成。這些碳以三碳分子（C?）和雙碳分子（C?）等形式存在，使其成為迄今所觀測到的所有“黑寡婦”伴星中前所未見的獨特案例。

此類碳分子通常僅存在于彗星尾部，或地球上的火焰之中。它們出現在行星大氣層中，尤其是如此豐富的含量，在科學界還是首次發現。

這顆行星大氣層的另一個有趣之處在于其晝夜兩面的差異。由于這顆行星處于潮汐鎖定狀態，始終以同一面朝向脈沖星，其晝半球溫度可超過 2000℃，并展現出清晰的化學特征信號。而夜半球的光譜則幾乎毫無特征，這表明該行星的這一面覆蓋著煙灰或類似的、沒有任何明顯特征的物質。

為進一步凸顯該行星大氣的異常性，研究人員計算了碳與氧（C / O）、碳與氮（C / N）的豐度比值。結果顯示，C / O 比值超過 100，C / N 比值更是高達 10,000 以上。相比之下，地球的 C / O 比僅為 0.01，C / N 比約為 40。顯然，這顆行星上存在大量的碳。

對行星形成理論的挑戰

這一發現與科學家此前對行星形成過程的理解嚴重不符。在“黑寡婦”演化過程中，行星的外層物質理應已被脈沖星吸積或輻射燒蝕殆盡。然而如此豐富的碳大氣仍然存在，構成了一個未解之謎。

盡管存在某些可能產生碳富集環境的機制 —— 例如兩顆“碳星”之間的白矮星合并事件 —— 但即便是這類模型，也難以解釋為何該行星的 C / O 比會達到如此驚人的高度。

不過，該行星的其他特性仍符合現有理論預測。環流模型指出，像 PSR J2322-2650b 這樣快速旋轉的潮汐鎖定行星，應具有強烈的西向風，這與大多數其他熱木星常見的東向風截然不同。JWST 的觀測數據顯示，該行星最熱區域位于其晝半球中心偏西約 12 度的位置，這是人類首次獲得此類西向風現象的直接觀測證據。

換言之，PSR J2322-2650b 呈現出深刻的矛盾性：它的大小、形狀和大氣環流模式均符合“黑寡婦”系統的典型理論框架；但其大氣成分卻徹底背離預期，堪稱異類。面對這一矛盾，科學家必須回到理論原點，嘗試構建新的模型來解釋這一奇特現象。

在他們努力重構理論的同時，詹姆斯?韋布空間望遠鏡將繼續巡視宇宙深處，搜尋更多類似的異常天體 —— 這些“不合常理”的發現，或許正是下一次科學革命的起點。