在行星形成过程中从恒星喷射出的冰和岩石,可能成为其他系统中新世界的种子。这些天体从其母恒星中剥离出来,可能会发现自己靠近陌生的恒星。然而,与太阳系第一个已知的星际访客“奥陌陌”(于2018年掠过太阳)不同,这些星际漂浮物可能会停留下来——同时也会催化新世界的形成。
行星形成是一个混乱的过程,世界从中诞生于孕育恒星本身的气体和尘埃的胚胎盘中。当碎片聚集并增长,围绕中心恒星旋转时,其引力会推动和散射整个圆盘中的较小团块。气体巨行星是最大的“恶霸”,将物质抛向它们的恒星或完全抛出系统外。据认为,木星在太阳系早期生命中抛出了数十个地球质量的碎片。行星系统边缘的物质也可能被路过恒星的引力剥离。
多种理论假设,正是这些过程导致了“奥陌陌”来到我们这里。研究人员提出,这个奇怪的天体可能是在与其年轻系统中的一颗巨行星擦肩而过后被抛射出来的。
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在一个关于这位奇特访客的研讨会上,Susanne Pfalzner(来自马克斯·普朗克射电天文学研究所)和Michele Bannister(来自贝尔法斯特女王大学)在早餐时思考“奥陌陌”的起源时,提出了一个有趣的问题:如果像“奥陌陌”这样的天体落入一个仍在构建行星的系统中,会发生什么?
以往的研究表明,喷射出的天体可以以其恒星的轨道速度到远超其星系逃逸速度之间的任何速度行进;后一组天体通常完全离开星系,并且不与行星形成相互作用。根据这些估计,这对研究人员发现,大多数被抛出的碎片移动速度太快,无法在其他地方被引力捕获,而是像“奥陌陌”在我们自己的太阳系中所做的那样,简单地穿梭于恒星系统之间。
但根据他们的分析,在大约数十亿个与每个圆盘相交的天体中,大约有1000万个10到1000米大小的天体将以合适的速度行进,成为永久居民,而较大的行星形成盘更可能接受这种星际“移民”。在这样一个圆盘的外围,中心恒星的引力相对较弱,本土物质团块可以引力捕获过路的“入侵者”。
这时事情开始变得真正有趣起来。研究人员发现,就像本土岩石一样,星际访客将开始聚集物质,成长为越来越大的天体。然而,当相当大的星际“入侵者”在特别年轻的系统中定居下来,而这些系统尚未形成自己的公里级行星构建模块时,它们可以起到加速整个世界组装过程的作用,迅速吞噬散落的物质,从而非常快速地变得非常庞大。“在行星形成过程中存在这些东西基本上会加速整个过程,”Pfalzner说。
行星形成的催化剂?
星际碎片作为行星形成的加速剂的想法可能有助于解决几个长期存在的谜团。首先,根据许多模型,巨行星似乎需要太长时间才能形成。巨行星的多个地球质量的固体核心必须非常快速地增长,赶在圆盘中的气体消失之前——否则它将无法收集足够的物质来构建气态巨行星的厚厚大气层。对年轻恒星周围的原行星盘的观测表明,这种气体储备在仅仅几百万年后就会消散。然而,如果这些圆盘播种了来自其他行星系统的物质,那么理论上可以启动这个过程。Pfalzner和Bannister的观点仍然是初步的;研究人员仍然需要建模计算,星际“移民”的“胡椒粉”可以缩短多少时间。
在法国蔚蓝海岸天文台研究行星形成的Alessandro Morbidelli表示,这种理论只会将问题向后推。换句话说,宇宙中最早的行星系统将在没有外部来源播种的情况下形成,因此在尝试形成巨行星时仍然会面临时间紧迫的问题。
Pfalzner反驳说,最早的行星形成盘完全有可能比今天观察到的持续时间更长。一种可能性依赖于这样一个事实:与后来的恒星世代相比,最早的恒星中比氢和氦重的元素的含量极低。重元素的相对稀缺很容易导致早期恒星的行星形成盘出现差异,从而使它们能够更快地产生行星。
比答案更多的问题
即使对于现代的圆盘来说,关于气体巨行星形成的所谓时间限制也可能并非如此明确和普遍。行星形成盘的关键方面对研究人员来说仍然是神秘的。例如,尽管大多数圆盘在三到五百万年内消失,但一些“怪胎”似乎已经有1000万或2000万年的历史了。没有人知道是什么原因导致这些圆盘中的气体停留下来。“我们仍然不清楚是什么导致圆盘消失以及这需要多长时间,”Chambers说。圆盘中的气体可能被行星扫走,被恒星风吹走,被恒星的紫外线或X射线光电离,甚至被磁场引导走。
Morbidelli还想知道,为什么科学家在从我们太阳行星形成时代保存下来的太阳系样本中没有看到太多星际入侵的证据。但卡内基科学研究所的陨石研究员Conel Alexander认为,早期的“入侵者”将不再突出。“这些奇异的天体将与更丰富的太阳系物质充分混合,我们将很难检测到同位素异常,”他说。
加州大学洛杉矶分校的地球化学家Edward Young同意Alexander的观点。Young说,奇异的物质看起来与太阳系中熟悉的岩石并没有太大不同。他指出,对被称为白矮星的垂死恒星的观测表明,人们不时可以看到它们吞噬来自已死亡行星的岩石物质。根据Young的说法,外星碎片的主要元素比例与太阳周围岩石的比例相似,尽管不完全相同。“对我来说,它们是否会那么不同并不明显,”Young说。
尽管这个新想法是初步的,但法国波尔多天体物理实验室的天文学家Sean Raymond(他为早期太阳系建模)表示,“这是一个非常具有启发性的想法,值得关注”。通过引起人们对在行星形成模型中包含类似“奥陌陌”天体的必要性的关注,Pfalzner和Bannister本人也充当了催化剂,促进了很可能成为长期讨论的话题。“理解其中的含义需要一段时间,”Chambers说。