金属成分测试:小型系外行星在多样化的恒星环境中大量存在

与气体巨星(如木星)不同,小型岩石系外行星似乎并不偏爱某一种类型的主恒星

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安克雷奇—在行星形成过程中,缓慢、稳定和小巧最终胜出。

天文学家使用NASA的开普勒太空望远镜发现,像地球这样的小行星可以在各种类型的恒星周围形成,而像木星这样的大型气体巨行星则倾向于在富含铁和氧等重元素的恒星周围形成。

研究人员于6月13日在《自然》杂志上在线发表了他们的发现,并在本周在此举行的美国天文学会半年会议上宣布了结果。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)


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在系外行星科学的早期,从1995年首次发现一颗行星围绕类太阳恒星运行开始,太阳系外已知的大部分世界都是像木星一样的巨行星——有时甚至更大。这些庞然大物对它们的行星系统产生最大的影响,因此也最容易被探测到。研究人员注意到,孕育巨行星的恒星往往含有相对较高水平的所谓金属(天文学家对任何比氢或氦重的元素的术语)。

这些恒星的化学指纹指向了行星凝聚而成的古老尘埃和气体盘的构成,暗示至少对于大型行星而言,周围存在大量金属会促进行星的形成。哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的主要研究作者拉斯·布克哈夫说:“如果星盘中有很多物质,那么我们就有更高的机会找到这些热木星行星。”

问题是,小型行星——银河系中的地球和海王星类似物——是否遵循同样的趋势?随着开普勒等现代行星探测仪器的出现,这架太空望远镜旨在寻找地球大小的天体,天文学家终于得以一窥行星动物园中较小的居民。

布克哈夫和他的同事对开普勒探测过的152颗恒星进行了光谱测量,该航天器预测总共存在226颗行星,其中大多数直径小于海王星,一些小到地球。(该任务总共识别出2000多颗可能的行星,但只有几十颗通过后续观测得到证实。)他们发现,这些小型世界的宿主恒星种类繁多,金属丰度范围广泛。平均而言,小型行星围绕着金属丰度与太阳大致相同的恒星运行,太阳是一颗成分相当普通的恒星,而巨型系外行星则倾向于居住在金属更丰富的行星系统中。

加州大学伯克利分校的天文学家安德鲁·霍华德指出,这不应该完全令人惊讶。毕竟,根据流行的理论模型,一颗巨行星会获得一个固体核心,然后在该核心周围聚集气体和冰,膨胀到木星般的直径。因此,核心必须在新形成的恒星的强烈辐射下气体盘消散之前成形。霍华德说:“要形成木星,这是一场与时间的赛跑。”富含金属的环境加速了核心的生长,有助于气体巨星在为时过晚之前成形。另一方面,较小的岩石行星并不那么依赖于短暂的气体储层;即使在原行星盘中的气体蒸发后,它也可以更逐渐地生长。

耶鲁大学天文学家黛布拉·费舍尔说:“在我看来,这明确地表明气体巨行星的形成是一个相当受限制的过程。”她说,现在要探索的一个有趣的问题是,在行星形成完全停止之前,恒星金属丰度可以降到多低。

这一发现可能预示着开普勒的尝试和其他系外行星探测活动的前景良好,因为像我们这样的小行星似乎并不挑剔它们在哪里出现。“小型行星可能在我们星系中广泛存在,仅仅因为它们不需要特殊的形成环境,”布克哈夫说。

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