利用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）上的近红外光谱仪（NIRSpec），天文学家近日对一颗围绕小质量红矮星运行的气态巨行星TOI-5205b的大气进行了详细观测，并报告其大气呈现出重元素含量异常偏低、富碳贫氧的特征。相关成果已发表于《天文学杂志》（The Astronomical Journal）。

木星级“热巨行星”绕小质量红矮星运行

TOI-5205b是一颗短周期气态巨行星，公转周期仅为1.63天。观测显示，该行星体积约为木星的1.03倍，质量约为木星的1.08倍，表面温度约为737开尔文。

该行星围绕一颗光度较低的M4型红矮星TOI-5205运行，轨道距离约为0.02天文单位。其母星的体积和质量均约为太阳的39%。这一行星—恒星系统亦被编号为TIC 419411415，位于狐狸座，距离地球约283光年。TOI-5205b于2022年首次被发现。

来自NASA戈达德太空飞行中心的Caleb Cañas等研究人员指出，公转周期少于10天、质量接近木星的行星，是最早在主序太阳型恒星周围被发现的一类系外行星，但其形成机制仍未得到明确解释。随着围绕M矮星的短周期巨型行星数量不断增加，现有气态巨行星形成理论面临更多挑战。

研究团队表示，由于M矮星原行星盘质量较低且轨道演化时间尺度较长，通过核心吸积形成足够大的固体核心以触发快速气体吸积的效率被认为较低，因此此类行星被视为行星形成的“极端案例”。对于中晚型M矮星而言，高行星—恒星质量比意味着所需核心质量超过原行星盘中通常估计的尘埃质量。

大气重元素含量异常偏低

在本次研究中，天文学家利用韦伯望远镜NIRSpec对TOI-5205b的三次凌日进行了观测，通过透射光谱分析其大气成分。团队报告称，该行星大气中重元素相对于氢的丰度不仅低于太阳系内如木星等气态巨行星，也低于其母星TOI-5205的金属丰度。

研究人员指出，这一结果使TOI-5205b在目前已开展大气研究的巨型行星样本中显得格外特殊。此外，凌日光谱还显示，该行星大气中存在甲烷和硫化氢，尽管这一发现相较于重元素丰度异常并不被视为最为意外的结果。

为进一步理解观测结果，团队采用行星内部结构模型，对TOI-5205b的整体组成进行了估算。模型预测，该行星整体金属丰度应约为其大气金属丰度（由凌日光谱推导）的100倍。

卡内基科学研究所的Shubham Kanodia表示，观测到的大气金属丰度显著低于基于行星质量和半径推算的整体组成模型预测值。这一差异被研究人员解读为：在行星形成过程中，重元素可能向行星内部迁移，目前行星内部与大气之间缺乏有效混合。

研究团队总结称，综合光谱特征和模型分析，TOI-5205b的大气呈现出明显的富碳、贫氧特征，并显示出与传统气态巨行星形成与演化图景不易相容的性质。

研究发表信息

该研究题为《GEMS JWST：TOI-5205b的透射光谱揭示显著的恒星污染和贫金属大气》（GEMS JWST: The Transmission Spectrum of TOI-5205b Reveals Significant Stellar Contamination and a Metal-poor Atmosphere），作者为Caleb I. Cañas等人，发表于《天文学杂志》2026年第171卷第260号，DOI为10.3847/1538-3881/ae4976。