行星彈跳者:近距行星如何“踢飛”同伴,造就漫游星海的流浪天體?
? 它們沒有恒星,不靠光照,卻可能擁有海洋、磁場,甚至——生命?
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藝術(shù)家對一顆流浪行星的構(gòu)想圖。圖片來源ESOP。DelormeNickRisinger(skysurvey.org)R。SaitoVVVConsortium
流浪行星聽起來像是恒星之間罕見的旅行者,擺脫了宿主系統(tǒng)的引力束縛,永遠(yuǎn)在星際虛空中漂泊。但現(xiàn)代模型表明,這些技術(shù)上被稱為游離行星(FFPs)的天體實(shí)際上非常常見——比雪線以外的行星常見19倍。雪線指的是距離中心恒星足夠遠(yuǎn)、溫度低到水、氨、甲烷等氫化合物能凝結(jié)成冰的位置。但為什么游離行星如此常見?是什么力量將它們逐出了誕生的恒星系統(tǒng)?北京天文館的鄭曉晨及其合作者發(fā)表在arXiv預(yù)印本上的一篇新論文給出了一個合理的解釋——行星彈跳者。
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關(guān)于自由漂浮行星(FFPs)形成方式的現(xiàn)有理論范圍從孤立氣體云坍縮成行星但質(zhì)量不足以形成恒星,到混亂的行星間散射模式將早期行星射向各種方向。根據(jù)該論文,第二種觀點(diǎn)更接近事實(shí),但它需要一點(diǎn)額外的動力。
其他太陽系中常見的系外行星有兩種類型——靠近其宿主恒星運(yùn)行的近距離熱超級地球和熱木星,以及與我們太陽系中的土星和木星相似的遙遠(yuǎn)冷氣態(tài)巨行星。但關(guān)鍵的是,許多新形成的恒星也會形成伴星(即雙星系統(tǒng)),而這顆伴星會對新行星系統(tǒng)的引力平衡造成徹底的破壞。
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弗雷澤談?wù)摿烁浇骼诵行谴嬖诘目赡苄浴?/p>
?? 通過馮塞佩爾利多維科扎伊(vZLK)機(jī)制這一過程,一個遙遠(yuǎn)的擾動天體(比如伴星)會緩慢扭曲一顆冷行星的軌道——即一顆繞其主星運(yùn)行距離很遠(yuǎn)的行星。經(jīng)過數(shù)百萬年,vZLK機(jī)制導(dǎo)致行星的軌道被擠壓和拉伸,直到它變得高度偏心——本質(zhì)上把它變成一個長橢圓軌道。
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在這個橢圓軌道的一端,闖入行星會與行星密集的內(nèi)太陽系相遇——短周期超級地球和熱木星通常就位于這里。當(dāng)兩條軌道交匯時,一場巨大的宇宙臺球游戲便拉開了序幕。這兩顆行星不一定會直接相撞,盡管這種情況有時確實(shí)會發(fā)生。但研究人員發(fā)現(xiàn),在更有可能發(fā)生的近距離接觸中,兩顆行星會交換軌道能量。
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因?yàn)槔湫行桥c宿主恒星的聯(lián)系本就相對微弱,這種能量交換產(chǎn)生的微小引力沖擊有時足以使其超過逃逸速度,從而打破與宿主恒星的引力束縛,成為一顆流浪行星。根據(jù)作者的模擬,熱木星在這種彈射效應(yīng)方面尤為有效——它們有80%的概率會彈出木星質(zhì)量的闖入行星。另一方面,超級地球彈出木星大小闖入行星的概率僅約6.5%,但擅長彈出其他冷超級地球,將它們驅(qū)逐到星際空間的概率達(dá)52%。
弗雷澤更多地討論了流浪行星這一話題。
? 正如預(yù)期的那樣,內(nèi)行星無法毫發(fā)無損地度過這一艱巨過程。在某些情況下,引力相互作用會奪走內(nèi)行星大量的角動量,使其向內(nèi)螺旋運(yùn)動并被主星完全吞噬。在其他情況下,即使它們得以幸存,其軌道也會留下深深的傷痕:傾斜角度變得隨機(jī),自身軌道高度偏心,有時甚至完全翻轉(zhuǎn)倒置。
進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)后,作者估計(jì)約8%的自由漂浮行星(FFPs)可能來自這類行星彈射相互作用。雖然這看起來不多,但考慮到自由漂浮行星的數(shù)量之多,就能看出這類相互作用可能有多普遍。這也凸顯了早期行星系統(tǒng)可能具有的動態(tài)性、關(guān)聯(lián)性和劇烈程度。
我們將能夠利用下一代望遠(yuǎn)鏡(如南希格蕾絲羅馬太空望遠(yuǎn)鏡)發(fā)現(xiàn)更多新的自由浮動行星(FFPs),其數(shù)據(jù)將為論文中提出的一些觀點(diǎn)提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)。或許在未來某個時候,我們甚至?xí)銐蛐疫\(yùn)地親眼目睹早期恒星系統(tǒng)正在經(jīng)歷這一過程——看著另一顆行星被拋入漫長的黑夜。
鄭X等人——一種從擁有近距行星的宿主恒星中形成自由漂浮行星的穩(wěn)健拋射機(jī)制
UT流浪行星能孕育自己的行星系統(tǒng)
UT——銀河系中有多少顆流浪行星?羅馬太空望遠(yuǎn)鏡將為我們揭曉答案
UT——流浪行星誕生于年輕星團(tuán)
相關(guān)知識
流浪行星是不圍繞任何恒星公轉(zhuǎn)的行星,它們可能因形成初期被母星系統(tǒng)的引力彈弓效應(yīng)拋射,或因形成時未被恒星引力捕獲而游離于星際空間。這類行星缺乏恒星光照,表面溫度極低,但部分可能通過內(nèi)部放射性衰變維持熱量,甚至存在液態(tài)水或生命的潛在條件。
BY: Andy Tomaswick
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參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3.原文來自: https://www.universetoday.com/articles/close-in-planets-act-as-bouncers-to-create-rogue-worlds
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