密度比棉花糖还低！罕见“超蓬松”气巨行星或揭露形成演化之谜
天文学家新发现两颗极为罕见的“超蓬松”（super-puff）系外行星TOI-791b与TOI-791c，体积皆与木星相当，平均密度却低得惊人，甚至比棉花糖还蓬松，为天文学家提供研究巨大气体行星形成与演化的重要线索。
TOI-791b半径几乎与木星相同，质量却仅木星3%；TOI-791c体积甚至略大于木星，但质量也只有木星5.9%。两颗行星环绕一颗类似太阳的恒星TOI-791运行，位于飞鱼座方向，距离地球约1,113光年。
团队指出，真正令人惊讶的并非它们的大小，而是原本不预期会发现这类天体。一般而言，如此低密度的巨大行星相当罕见，因此它们成为验证气体巨行星及低密度行星形成理论的重要案例。研究员利用凌星法分析凌日系外行星巡天卫星（TESS）多年累积的观测资料，借由恒星亮度周期性下降来确认行星存在。由于TOI-791b与TOI-791c的公转周期分别长达139天及232天，TESS必须历经七年、累积1,122天观测，才能完整记录足够凌星事件数据，确认两颗行星的轨道与物理特性。
系外行星TOI-791b、TOI-791c与地球、海王星、天王星、土星、木星的大小比较图。
此双行星系统同时也是研究低密度行星演化的天然实验室。团队计划利用韦伯太空望远镜进行后续观测，分析膨胀大气是否含碳、氮、氧等元素形成的分子，以深入了解这类低密度巨行星的形成机制与演化历程。此外，TOI-791b与TOI-791c彼此有特殊的轨道共振关系，两者重力会互相牵引，使凌星发生时间产生极细微的提前或延后。研究员正是量测这些“凌星时间变化”（TransitTimingVariations，TTV），成功推算两颗行星质量，并证实它们平均密度极低。
目前已知的低密度行星本就寥寥可数，而同恒星系统同时有两颗此类天体更是前所未见的罕见案例，因此有极高研究价值。研究员表示，大型气体行星形成往往深刻影响整个行星系统的架构与后续演化，像TOI-791b与TOI-791c这种“木星大小却远低于木星质量”的特殊天体，正是验证行星形成理论的关键目标。此外，多行星系统重力交互作用会在数十年甚至更长时间持续演变，长期追踪这些轨道变化，有助揭露气体巨行星形成、迁移及演化的完整历程。
（本文由台北天文馆授权转载；图片来源：NASA/DanielRutter）